爆炸壓力積聚工況下氣粉兩相體系火焰傳播機理研究

《爆炸壓力積聚工況下氣粉兩相體系火焰傳播機理研究》是依託大連理工大學,由閆興清擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：爆炸壓力積聚工況下氣粉兩相體系火焰傳播機理研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：閆興清

項目摘要

現有的針對氣粉兩相體系爆炸火焰傳播的理論對爆炸壓力的關注不夠，導致無法精準描述真實爆炸過程中壓力積聚對火焰傳播機理的影響。本項目擬以實驗研究為主要手段，基於自行設計的可視、承壓實驗平台，採用高頻壓力感測器、高速光學圖像、微細熱電偶、離子電流探針等測試技術，通過有規律調整多類型、多數量影響參數，同步獲取氣粉兩相體系爆炸壓力與火焰形狀、鋒面形態、傳播速度、發光亮度、冷熱態流場、反應強度、火焰溫度等參數信息，闡明爆炸壓力積聚工況下氣粉兩相火焰精細結構、傳播行為及火焰鋒面化學反應特性。結合熱力學、傳熱傳質、燃燒學、反應動力學等理論，揭示並構建適用多參數的氣粉兩相體系在爆炸壓力積聚工況下的火焰傳播機理。本項目的開展，可為豐富及完善氣粉兩相體系爆炸理論及爆炸防治技術提供基礎。

結題摘要

以往針對氣粉兩相爆炸火焰傳播理論的研究，對爆炸壓力的關注不夠，導致無法精準描述爆炸過程壓力積聚對火焰傳播機理的影響。本項目以實驗研究為主，以理論分析為輔，搭建了柱形和方形密閉容器內氣粉兩相爆炸火焰傳播實驗裝置，採用先進測試技術測量了爆炸壓力、火焰、微觀粒子運動軌跡等爆炸信息，揭示了爆炸過程壓力與火焰的耦合傳播、氣體與粉塵粒子的相互作用等機制，構建了典型氣粉兩相體系在爆炸壓力積聚工況下的火焰傳播機理。研究發現，在爆炸壓力積聚工況下，氣粉兩相混合體系的爆炸壓力與火焰結構、爆炸壓力上升速率與火焰速度在規律上具有一致性，即爆炸特徵參數和火焰傳播特性參數相互耦合。對不同種類、不同濃度的粉塵，適量可燃氣體的添加將提高粉塵爆炸過程的燃燒強度，進而提高火焰的連續性、結構飽滿度、亮度和傳播速度，最終導致爆炸壓力和爆炸壓力上升速率的增大。但是，當可燃氣體或粉塵濃度過高時，兩者的混合將加劇不完全燃燒，導致粉塵爆炸燃燒強度降低，進而減弱粉塵爆炸火焰的連續性、結構飽滿度、亮度和傳播速度，最終導致爆炸壓力和爆炸壓力上升速率的減小。在爆炸壓力積聚工況下，鋁粉/氫氣兩相體系爆炸火焰傳播速度呈現兩波峰結構。鋁在氫氣中燃燒形成帶核細胞狀微擴散火焰。鋁顆粒外部環境中氫氣率先燃燒，提高環境溫度，促進鋁的更大範圍燃燒。由氫氣包裹的鋁顆粒表面周圍氣相火焰逐漸擴大，加熱內部鋁顆粒。受表面氧化膜影響，在溫度達到氧化鋁熔點之前，發光鋁顆粒一直存在於氣相火焰內。溫度超過氧化鋁沸點後，內部液態鋁噴射出來，並被點燃。與環境中的氫離子、氫氧根粒子等，形成鋁的各種氧化物、氫氧化物。項目研究成果豐富和完善了氣粉兩相體系爆炸理論，為氣粉兩相爆炸防治提供了理論支持。