PDF《矩形管道中微米级铝粉爆炸实验》

2 E x p l o s i o np r e s s u r ec u r v e s 实验数据取3次实验的算术平均值. 以平均粒径为1

2、

1 8μ m 的铝粉, 粉尘云质量 浓度为4

5 0g / m3 , 点火延迟时间为8

0 m s为例, 分 析铝粉爆炸在矩形管道中的压力曲线.管道上部压 力传感器处爆炸压力曲线, 如图2所示. 由图2可知, 在此竖直矩形管道中, 铝粉尘的爆 炸压力曲线存在较为明显的压力上升区、 压力峰值 区及压力衰减区3个阶段.同时, 发现1 2μ m 铝粉 比1 8μ m 的的最大爆炸压力大, 且1 2μ m 铝粉爆炸 压力曲线较1 8μ m 的压力曲线斜率大, 即其爆炸压 力上升速率也较大.

4 9

9 爆炸与冲击第3 8卷2.

1 点火延迟时间、 粒度对铝粉爆炸的影响 2. 1.

1 点火延迟时间、 粒度对铝粉爆炸影响的实验结果 实验所用铝粉平均粒径分别为6.

5、

1

2、

1 8μ m, 实验装置中铝粉质量浓度均为4

5 0g / m3 .在其可 爆延迟范围内, 对比粉尘在其最佳点火 延迟时间左右的最大爆炸压力 pm a x、 最大爆炸压力上升速率 ( d p / d t ) m a x的变化.点火延迟时间、 粉尘粒度对铝粉pm a x、 ( d p / d t ) m a x的影响规律, 如图3~4所示.图中, 上部压力和下部压力分别是指实验装置上部和下部的压力传感器测得的压力, 上部压力上升速率和 下部压力上升速率是指实验装置上部和下部的压力传感器处的压力上升速率. 图3 点火延迟时间对pm a x的影响 F i g . 3pm a xv a r i e dw i t h i g n i t i o nd e l a yt i m e 图4 点火延迟时间对( d p / d t ) m a x的影响 F i g .

4 ( d p / d t ) m a xv a r i e dw i t h i g n i t i o nd e l a yt i m e 2. 1.

2 点火延迟时间对铝粉爆炸的影响 从图3~4可以得到, 位于管道上部的压力传感器测得的pm a x和相应的( d p / d t ) m a x均较下部的压力 传感器测得数据的大.这说明, 在一定大小的密封竖直管道中, 铝粉爆炸的爆炸压力在距离点火位置一 定距离处达到最大, 即管道中某点的爆炸压力会随着与点火位置距离的增大呈现先增强后减弱的趋势. 由图3可知, 在点火延迟时间逐渐增大的过程中, 各不同粒度的铝粉爆炸时的pm a x均呈现出先增大 后减小的变化趋势, 这表明存在一个最佳点火延迟时间使得pm a x达到最大.这是因为, 受喷粉气流持续 时间和压力的影响, 随气流扬起的铝粉颗粒会先形成粉尘云而后再逐渐沉降, 所以不同大小的点火延迟 时间会导致铝粉颗粒在管道中的不同分布状态.当点火延迟时间偏小时, 气流携带粉尘刚进入管道就 点火, 此时粉尘未完全分散, 管道中的粉尘云还未完全成型, 此时粉尘云尚未达到最佳悬浮浓度, 所以 pm a x和(dp/dt)max相对较小.随着点火延迟时间的延长, 粉尘在管道内分布越来越均匀, 点火时管道内 的粉尘云浓度也相应逐渐增大, 导致铝粉爆炸压力也相应增大.在点火延迟时间由小增大的过程中, 铝 粉尘云会逐渐达到最佳分散状态, 即达到一个最佳粉尘云浓度, 此时爆炸压力也达到最大.此后, 当点 火延迟时间偏大时, 管道内铝粉尘云中部分铝粉颗粒逐渐下沉, 管道内悬浮粉尘云浓度会因偏大的点火 延迟时间而相应减小, 导致爆炸压力也相应减小. 由图4可知, 铝粉爆炸的 ( d p / d t ) m a x随点火延迟时间的由小变大呈先增大后减小的规律性变化. 这是因为, 在喷粉压力和喷粉时间一定的条件下, 随着点火延迟时间的变化, 铝粉尘在装置内的分布状 态随之变化, 且由于粉尘在延迟时间内的沉降作用造成装置内粉尘云浓度的变化.所以当点火延迟时 间达到一定程度时, 铝粉尘在装置中的分散状态以及在此点火延迟时间下的粉尘云浓度达到最佳, 因而 此时铝粉尘爆炸时反应迅速, ( d p / d t ) m a x达到最大. 需要指出的是, 虽然随着点火延迟时间的由小变大, 铝粉爆炸的 pm a x和(dp/dt)max均呈现出先增大 后减小的变化趋势, 但不同粒度铝粉爆炸时的 pm a x和(dp/dt)max也存在较大差别, 其对应的点火延迟时 间也不完全相同.另外, 如图3所示, 粒径为1