小麦淀粉粉尘云火焰传播特性研究

为探究受限空间内小麦淀粉粉尘爆炸燃烧特性,利用自行设计的小尺度粉尘爆燃试验平台、高速摄影系统、微细热电偶等对管道内小麦淀粉粉尘爆燃过程进行试验研究,分析粉尘云质量浓度对火焰传播特性影响。试验结果表明,小麦淀粉粉尘爆燃火焰表现出明显非均相燃烧特性;随粉尘云质量浓度增加,管道内火焰传播速度和火焰峰值温度均表现出先增大后减小的特征,该试验条件下,在粉尘云质量浓度为520 g/m~3时达到最大值;当粉尘云质量浓度低于520 g/m~3时,粉尘火焰的最大火焰传播速度与火焰峰值温度线性相关。     

干水材料对小麦淀粉火焰抑制的研究

为探究干水材料对淀粉云燃烧的抑制性能,采用小尺寸竖直管道燃烧系统和高速摄影仪系统进行试验。通过分析小麦淀粉云火焰形态、火焰温度及火焰传播速度的变化,研究干水材料对不同质量浓度的小麦淀粉云燃烧的抑制机制及抑制效果。研究表明:干水材料的惰化抑制主要表现为干水材料中水的汽化吸热作用和疏水性气相纳米二氧化硅的隔热作用;干水材料能减弱小麦淀粉云火焰的传播速度,降低火焰的最高温度;干水材料的抑制效果随粉尘云质量浓度的增高先提升后降低,当粉尘云质量浓度为400 g/m~3时,抑制效果最好。     

半封闭管道内瓦斯煤尘爆炸火焰传播特性试验

为了进一步探究瓦斯煤尘爆炸火焰的传播规律,在自行设计搭建的半封闭竖直管道内,选用褐煤、烟煤和无烟煤3种煤样分别进行爆炸试验,并通过改变煤尘质量浓度来观察不同煤种条件下瓦斯煤尘爆炸反应强度,研究不同煤种条件下煤尘质量浓度对瓦斯煤尘耦合爆炸火焰传播规律的影响。结果表明,在瓦斯体积分数和煤尘质量浓度相同的条件下,褐煤爆炸产生的火焰传播速度最大,无烟煤最小。这是因为褐煤的挥发分含量较高,而影响爆炸火焰传播速度的主要原因是煤尘在加热情况下释放出的可燃气量,即煤种的挥发分含量,挥发分含量越大,瓦斯煤尘爆炸火焰传播速度也就越大。褐煤和烟煤的火焰传播速度随火焰传播距离增加而增加,直至传播至管道外部;无烟煤的火焰传播速度随火焰传播距离增加呈现先上升后下降的状态。在试验中,3种煤种和瓦斯爆炸时产生火焰最大传播速度的位置距离爆炸源较远。瓦斯煤尘爆炸产生的火焰稳定性较差,在传播过程中速度变化不稳定,存在较大的波动。火焰传播速度与煤尘质量浓度不成正比,在一定范围内,适当增加煤尘质量浓度可以大大提高瓦斯煤尘爆炸的反应强度,且存在一个最佳的煤尘质量浓度50 g/m3,使火焰传播速度达到最大。     

不同粒径铝粉火焰传播特性试验研究

为探索不同粒径铝粉火焰结构及其传播特性,用一竖直粉尘燃烧管道试验装置进行铝粉燃烧试验。借助高速摄像设备,观察不同粒径铝粉的火焰形态。利用微细热电偶记录铝粉火焰温度变化。分析不同粒径铝粉火焰的传播速度与铝粉火焰最高温度的关系。结果表明,铝粉粒径越小,火焰越平滑,燃烧越充分、越剧烈,火焰传播速度增长越快;铝粉火焰传播速度和火焰最高温度均与其粒径成反比。     

碳酸氢钠粉体粒径对铝粉火焰传播特性的影响

为探索碳酸氢钠粒径的变化对铝粉火焰结构变化和火焰传播特性的影响,采用竖直粉尘燃烧管道实验平台,研究惰化剂质量分数为30%的惰化条件下的火焰传播过程,并记录火焰温度。实验结果表明:碳酸氢钠粉体能显著降低火焰强度,钝化火焰前端;且粉体对铝粉火焰温度的抑制作用与其粒径成反比关系;碳酸氢钠粒径对铝粉火焰传播速度的惰化抑制作用在微米级与其粒径成反比关系,其粒径越小,对铝粉火焰最大传播速度的抑制效果越好。     

聚磷酸铵对糖粉火焰传播特性的影响研究

为明确聚磷酸铵(APP)对糖粉粉尘火焰燃烧特性的影响,采用竖直开口方管道燃烧试验平台,研究不同质量分数APP对糖粉粉尘爆燃火焰特征、火焰速度、火焰温度等参数的影响,并采用热分析仪对糖粉及其APP混合物的热解行为进行了分析。结果表明:随着APP质量分数的增加,糖粉粉尘火焰的亮度逐渐降低;添加质量分数为6%的APP后,糖粉火焰在管道中的最大传播速度由17. 3 m/s降低到2. 8 m/s,火焰最高温度降低了46. 46%,糖粉热解残余量由0. 71%提高到16. 06%; APP对糖粉火焰抑制作用包括物理抑制和化学抑制,APP热分解反应可吸收燃烧反应中的热量,分解产物可捕捉提燃烧反应中的自由基,从而达到抑制糖粉火焰传播的目的。     

超细Al(OH)3惰化粉体对铝合金抛丸废弃物粉尘的爆炸防控效果试验研究

为探究超细粉体惰化剂对铝合金抛丸伴生粉尘爆炸特性的影响规律，利用标准化Hartmann试验装置及自行搭建的试验平台，对不同惰化比(ε)条件下高纯度铝粉尘和铝合金抛丸废弃物粉尘爆炸传播特性进行试验研究。试验结果显示：不同类型的铝粉尘在不同惰化比条件下的爆炸敏感度、爆炸传播强度以及爆炸火焰传播形态演化等方面特性存在较大差异。由于高纯度铝粉尘燃烧反应活性高，最小点火能量和爆炸下限质量浓度分别是铝合金抛丸废弃物粉尘的6%和53.3%,其爆炸火焰传播速度峰值是铝合金抛丸废弃物粉尘的2.1倍。因此，在工程实践中不宜将高纯度铝粉尘相关爆炸参数作为铝合金抛丸作业现场燃烧爆炸风险评估依据。同时，当惰化比提高到30%时，铝合金抛丸废弃物粉尘的点火敏感性大幅降低，爆炸无法形成有效火焰进而传播，且在爆炸发生后很短时间内便会发生自行熄灭，即使在强点火条件下，也未发生火焰持续传播现象。因此，在铝合金抛丸生产现场采用添加一定量超细Al(OH)₃粉体以作为抑爆措施的惰化剂具有一定的可行性。     

苯蒸气爆炸/燃烧火焰传播特性研究

为探究苯蒸气爆炸/燃烧火焰传播特性,在自主设计加工的长度1 m的透明可视化爆炸试验管道内,开展不同浓度苯蒸气的爆炸/燃烧试验,利用高速摄像仪拍摄管道内不同浓度苯蒸气爆炸火焰传播图像,并对比研究火焰图像。结果表明:低浓度苯蒸气-空气预混气体点燃后发生剧烈爆炸反应,随着苯蒸气浓度的升高,剧烈爆炸反应转为温和燃烧反应;火焰传播平均速度随苯蒸气浓度的增大而增大,在苯蒸气体积分数为2. 8%时,火焰传播平均速度达到最大值,之后,随着苯蒸气浓度的增大而减小;低浓度苯蒸气爆炸火焰传播过程经历了急剧加速、急剧减速、缓慢加速和缓慢减速4个阶段,高浓度苯蒸气火焰传播速度基本保持不变,火焰形态与火焰传播速度密切相关。     

玉米淀粉粒径对其粉尘云着火特性的影响

为深入研究玉米淀粉粉尘的着火机制和燃烧行为,分别采用同步热分析仪和粉尘云着火传播试验平台试验研究5种不同粒径的玉米淀粉粉尘云着火特性,观察粒径对粉尘云着火特征温度、着火特征指数和着火延迟时间等参数的影响。试验结果表明:随着粉尘粒径的减小,玉米淀粉的着火特征温度值均有所减小,着火特性指数越大,小粒径范围的玉米淀粉粉尘云更容易着火点燃;着火延迟时间与玉米淀粉粒径间存在显著的二次函数关系,粉尘粒径越小,玉米淀粉粉尘云着火所需时间越短。     

甲烷-煤尘复合火焰的传播与温度特征

为了揭示甲烷-煤尘复合体系的燃烧特征,利用高速摄像机、超细热电偶、显微镜头等对管道内甲烷-煤尘复合火焰的传播过程及其温度特征进行了试验研究.结果表明,随着煤尘浓度的增加,甲烷-煤尘复合火焰的最高温度及传播速度呈现先增大后减小的趋势; 对于甲烷-煤尘复合火焰,粒径较大的煤尘在较小的浓度达到最高温度,而粒径较小的煤尘则需要在较大的浓度达到最高温度.     

油气浓度对半开口管道爆炸超压特性与火焰行为的影响

为了研究油气浓度对半开口管道爆炸超压特性与火焰行为的影响,建立半开口透明管道实验台架,采用5种不同初始油气浓度,进行了一系列油气爆炸对比实验。研究结果表明:油气浓度对油气爆炸超压峰值以及升压速率有显著影响,二者都呈现随浓度的增加先增大后减小的变化规律;油气浓度对火焰锋面传播速度有着显著影响,在当量浓度比下,火焰锋面的传播速度最大,并且火焰锋面的传播距离也最远;管道内的火焰行为可以分为4个阶段;油气浓度对火焰传播形态以及传播速度有明显的影响,对火焰传播形态的影响主要体现在破坏变形以及管道外爆炸阶段,随着浓度增加,爆炸半径先增大后减小,火焰传播速度呈现相同的变化规律。     

掺氢天然气层流火焰传播速度试验研究

为准确测量掺氢天然气层流预混火焰传播速度,并研究掺氢比对掺氢天然气层流预混火焰传播特性的影响,通过本生灯法对比试验研究自然光及纹影拍摄条件下掺氢天然气层流预混火焰的传播速度,根据化学动力学机制模拟计算并讨论不同掺氢比条件下的预混燃料层流火焰传播特性。研究表明:利用纹影系统拍摄获得的火焰传播速度更接近燃烧学定义的层流预混火焰传播速度;随着掺氢比的增加,掺氢天然气层流预混火焰传播速度及绝热火焰温度均不断增加,且层流预混火焰传播速度峰值所对应的当量比显著向富燃料侧移动;燃料中氢气组分的不断增加使得H自由基的摩尔分数以及OH自由基的生成速率均显著增加。     

无火焰泄放装置性能检测技术研究*

为有效提高无火焰泄放装置产品质量特性和应用技术,避免或减轻爆炸事故发生造成的灾害程度,选择玉米淀粉粉尘为测试粉尘,采用1 m3爆炸罐进行扇形无火焰泄放装置爆炸泄放实验。结果表明:扇形无火焰泄放装置不适合重复使用。当扇形无火焰泄放装置重复进行爆炸泄放实验时,爆炸罐内压力会呈现升高趋势,而外场压力和温度呈现下降趋势,且阻火元件孔隙内残留大量玉米淀粉粉尘燃烧后生成的炭黑以及积聚部分高温燃烧的粉尘,致使阻火元件损坏失效。     

NH_4H_2PO_4和SiO_2粉体对铝粉火焰传播特性的影响

为探索受限空间内惰性粉体对铝粉火焰结构及火焰传播特性的影响机制,利用小尺寸开口竖直管道和高速摄影仪和微细热电偶,研究添加质量分数为20%的NH_4H_2PO_4和SiO_2粉体时铝粉燃烧火焰形态、火焰温度和火焰传播速度等参数的分布特征。结果表明:NH_4H_2PO_4和SiO_2粉体能稀释铝粉尘云浓度,有效减弱反应强度;铝粉粒径增大,惰性粉体对铝粉最高火焰温度的抑制作用先增大后减小,当铝粉粒径为30μm时,抑制效果最显著;惰性粉体对铝粉火焰传播速度的抑制作用与铝粉粒径负相关;NH_4H_2PO_4对铝粉火焰的抑制效果比SiO_2明显。     

玉米淀粉粉尘爆炸危险性研究

为研究玉米淀粉粉尘爆炸危险性,采用哈特曼管式爆炸测试装置和20 L球爆炸测试装置对200目(<75μm)以下的玉米淀粉粉尘爆炸危险性进行评估,基于静电火花和粉尘质量浓度对粉尘爆炸的影响,对玉米淀粉的静电火花最小点火能量、爆炸下限质量浓度、最大爆炸压力和爆炸指数进行了研究,根据试验结果对玉米淀粉爆炸危险性进行分级。试验结果表明:温度在25℃,喷粉压力为0.80 MPa,粉尘质量浓度在250～750 g/m3范围内,粉尘的最小点火能量随着粉尘质量浓度增加而降低,其最小点火能量在40～80 mJ之间;在点火能量为10 kJ时,粉尘爆炸下限质量浓度在50～60 g/m3之间;在粉尘质量浓度为750 g/m3时,爆炸压力达到最大,为0.66 MPa;在粉尘质量浓度为500 g/m3时,爆炸指数达到最大,为17.21 MPa.m/s,其粉尘爆炸危险性分级为Ⅰ级。     

半封闭管道内瓦斯煤尘爆炸火焰传播规律研究

为了探究瓦斯煤尘爆炸火焰的传播规律,采用自行搭建的半封闭垂直管道爆炸试验系统,研究瓦斯体积分数和煤尘质量浓度的改变对火焰传播规律的影响。结果表明:1)加入煤尘后的瓦斯爆炸火焰传播速度显著增大;2)在爆炸腔体内,瓦斯体积分数越接近化学当量比,煤尘质量浓度越接近50 g/m3,爆炸火焰传播速度越快;3)在传播管道内,大量的氧气从开口端进入参与反应,瓦斯体积分数和煤尘质量浓度较大的试验组,火焰传播速度会迅速上升; 4)煤尘质量浓度和瓦斯体积分数存在最佳配比,煤尘质量浓度和瓦斯体积分数偏离最佳浓度配比程度较大时,火焰传播加速度下降,传播距离变短。     

水雾作用下气体爆炸火焰传播的实验研究

利用自行设计的全程透明的火焰加速管和水喷雾系统，对不同水雾条件下的气体火焰传播现象进行了实验研究。运用光电传感器与数字摄像技术分析了不同浓度的甲烷在不同水雾条件下的火焰传播速度、火焰阵面轨迹以及火焰结构特性，并通过对传播火焰反应区温度的测量，探讨了水雾抑制气体爆炸火焰传播的内在机理及所需的条件。实验结果表明：由于水雾作用于火焰反应区，降低了火焰反应区内的温度和气体燃烧速度，延长火焰阵面的预热区，减缓火焰阵面传热与传质的进行，从而使传播火焰得以抑制。水雾对气体爆炸火焰传播的抑制效果与水雾流量速度、雾区浓度以及火焰到达水雾区的火焰传播速度有关。     

甲烷对合成气层流预混火焰传播特性的影响

为研究甲烷对合成气层流预混火焰化学动力学特征及合成气层流预混火焰传播特性的影响,选用GRI3.0-机理,模拟研究300 K条件下含0～70%甲烷的合成气层流预混火焰传播速度、火焰温度、反应敏感性及重要自由基浓度等。结果表明:合成气层流预混火焰传播速度、绝热火焰温度随甲烷比例的增加非线性下降,火焰传播速度峰值对应的当量比随甲烷增加显著向贫燃侧发展;富燃条件下,随着甲烷少量加入(≤30%),火焰中自由基H浓度显著下降,火焰传播速度受抑制作用显著;随着甲烷的继续增加,不足的自由基OH抑制自由基CH_3的生成,影响自由基H的消耗,削弱CH_4对层流预混火焰传播速度的抑制作用。     

替米考星粉尘爆炸及火焰传播试验研究

为研究制药工业粉尘爆炸事故机制,以典型药物替米考星为对象,分析药物粉尘爆炸和火焰传播特性。主要采用20 L球形爆炸装置、最小点火能(MIE)装置和颗粒图像测速仪(PIV)等设备,试验测试替米考星粉尘的爆炸下限、最大爆炸压力、爆炸指数、MIE和火焰传播速度等指标。结果表明,平均粒径为50μm的替米考星球形颗粒粉尘,其爆炸下限质量浓度为20~30 g/m3,最大爆炸压力为0.89 MPa,最大爆炸指数为25.80 MPa·m/s,MIE为13.20 m J;当粉尘质量浓度为416.67 g/m3时,喷粉初始压力为0.5 MPa,喷粉点火87.5 ms后,竖直管道中火焰传播速度达到最大值34 m/s。     

障碍物管道中预混火焰传播物理机理的试验研究

研究氢气/空气预混火焰加速过程的物理机理对氢气爆炸灾害预防和控制有重要意义。采用压力-时间记录法和纹影法两种测试方法,开展了常温常压下二元燃料氢气/丙烷和空气混合气体在带有阻塞比为0.5的孔板形障碍物、40 mm×40 mm×3 000 mm的方管中预混火焰传播物理机理的试验研究。结果表明,由压力传感器所测的火焰传播速度沿管道轴线方向先增加后逐渐减小。通过纹影法所测的火焰传播速度在可视化范围内逐渐增加。火焰加速初始阶段的主要物理机理是火焰表面积增加、燃烧产物膨胀和障碍物间的延迟燃烧等。