粉塵爆炸一旦發(fā)生,極可能造成重大人員傷亡及經(jīng)濟損失。因此,構建準確的粉塵燃爆理論模型,可為粉塵燃爆防控、相關技術研發(fā)以及行業(yè)加工安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。針對木粉爆炸的試驗數(shù)據(jù),通過熱力學基本原理及燃燒反應動力學對木粉爆炸最大壓力進行理論建模。與Callé模型相比,本模型考慮了爆炸過程中爆炸壓力受未燃燒木粉吸熱的影響,并利用分子碰撞理論和過渡態(tài)理論修正了反應速率常數(shù)。利用本模型對試驗數(shù)據(jù)進行擬合,得到最大爆炸壓力理論計算值與試驗值偏差最小為0.1%。此外,本模型還仿真計算了Callé模型未理論計算的3組不同質量木粉的試驗數(shù)據(jù),結果表明:以本模型計算得到的爆炸壓力上升曲線與試驗數(shù)據(jù)高度吻合,最大爆炸壓力理論計算值與試驗數(shù)據(jù)的平均偏差為1.3%左右;計算結果彌補了Callé模型的不足,并很好地詮釋了試驗現(xiàn)象。本模型進一步擬合了木粉質量連續(xù)變化情況下的最大爆炸壓力曲線,最大爆炸壓力先隨木粉質量的增加而上升,在到達極大值后,再隨木粉質量的增加而下降,與試驗測量結果完全一致。通過對連續(xù)木粉質量的計算,本模型可以預估給定木粉質量時的最大爆炸壓力,為燃爆的防控提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：林業(yè)工程學報. 2020,5(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

理論模型計算數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)擬合

利用理論模型，擬合了木粉質量連續(xù)變化下的最大爆炸壓力曲線，如圖3所示。除了木粉質量為5.1 g，其他6種木粉質量時曲線的理論值與試驗數(shù)據(jù)高度貼合，進一步表明本理論模型的優(yōu)勢。最大爆炸壓力先隨木粉質量的增加而上升，在到達極大值后，再隨質量的增加而下降。試驗數(shù)據(jù)表明，最大爆炸壓力極大值出現(xiàn)在木粉質量為14.6 g時，極大值為0.757 MPa。理論計算曲線結果顯示，最大爆炸壓力極大值出現(xiàn)在木粉質量為12.5 g附近，極大值為0.768 MPa。由于試驗測量時一般是選取某些間斷的質量值，不可能無限小質量間隔進行連續(xù)質量選取，而理論模型可以通過對連續(xù)質量進行計算。因此，本模型可以預估給定木粉質量時的最大爆炸壓力，為燃爆的防控提供理論依據(jù)。3 結論

爆炸期間25～45μm粒徑的木粉爆炸壓力試驗數(shù)據(jù)見圖1[15]。圖1中，木粉的質量為2.6～40.9 g，不同的木粉質量即代表不同的木粉濃度。本模型和Callé模型的理論仿真計算與試驗數(shù)據(jù)的擬合曲線如圖2所示，其中，EA=9 k J/mol。由圖2可知，Callé模型只模擬計算了5.1～20.3 g的4組不同質量木粉的試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)4條模擬曲線可知，Callé模型的擬合結果只是對試驗數(shù)據(jù)大致趨勢的擬合，最大爆炸壓力計算與試驗測量結果偏離較大。而本研究理論模型的擬合曲線與試驗數(shù)據(jù)高度吻合，燃爆的最大爆炸壓力理論值非常接近試驗數(shù)據(jù)。此外，Callé模型缺乏3組試驗數(shù)據(jù)的理論計算，而利用本研究模型對此3組試驗數(shù)據(jù)的擬合度同樣較高。本研究對所有7種不同質量木粉的理論擬合結果表明，最大爆炸壓力隨著木粉質量的增加而先增大后減小，在14.6 g出現(xiàn)極大值，與試驗結果完全一致，較好地詮釋了試驗現(xiàn)象。

【參考文獻】：
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本文編號：3611308