粉塵爆炸一旦發(fā)生,極可能造成重大人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。因此,構(gòu)建準(zhǔn)確的粉塵燃爆理論模型,可為粉塵燃爆防控、相關(guān)技術(shù)研發(fā)以及行業(yè)加工安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。針對(duì)木粉爆炸的試驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)熱力學(xué)基本原理及燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)對(duì)木粉爆炸最大壓力進(jìn)行理論建模。與Callé模型相比,本模型考慮了爆炸過(guò)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(guò)渡態(tài)理論修正了反應(yīng)速率常數(shù)。利用本模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到最大爆炸壓力理論計(jì)算值與試驗(yàn)值偏差最小為0.1%。此外,本模型還仿真計(jì)算了Callé模型未理論計(jì)算的3組不同質(zhì)量木粉的試驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)果表明:以本模型計(jì)算得到的爆炸壓力上升曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合,最大爆炸壓力理論計(jì)算值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均偏差為1.3%左右;計(jì)算結(jié)果彌補(bǔ)了Callé模型的不足,并很好地詮釋了試驗(yàn)現(xiàn)象。本模型進(jìn)一步擬合了木粉質(zhì)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(zhì)量的增加而上升,在到達(dá)極大值后,再隨木粉質(zhì)量的增加而下降,與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果完全一致。通過(guò)對(duì)連續(xù)木粉質(zhì)量的計(jì)算,本模型可以預(yù)估給定木粉質(zhì)量時(shí)的最大爆炸壓力,為燃爆的防控提供理論依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：林業(yè)工程學(xué)報(bào). 2020,5(05)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

理論模型計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合

利用理論模型，擬合了木粉質(zhì)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(zhì)量為5.1 g，其他6種木粉質(zhì)量時(shí)曲線的理論值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)高度貼合，進(jìn)一步表明本理論模型的優(yōu)勢(shì)。最大爆炸壓力先隨木粉質(zhì)量的增加而上升，在到達(dá)極大值后，再隨質(zhì)量的增加而下降。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，最大爆炸壓力極大值出現(xiàn)在木粉質(zhì)量為14.6 g時(shí)，極大值為0.757 MPa。理論計(jì)算曲線結(jié)果顯示，最大爆炸壓力極大值出現(xiàn)在木粉質(zhì)量為12.5 g附近，極大值為0.768 MPa。由于試驗(yàn)測(cè)量時(shí)一般是選取某些間斷的質(zhì)量值，不可能無(wú)限小質(zhì)量間隔進(jìn)行連續(xù)質(zhì)量選取，而理論模型可以通過(guò)對(duì)連續(xù)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。因此，本模型可以預(yù)估給定木粉質(zhì)量時(shí)的最大爆炸壓力，為燃爆的防控提供理論依據(jù)。3 結(jié)論

爆炸期間25～45μm粒徑的木粉爆炸壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1[15]。圖1中，木粉的質(zhì)量為2.6～40.9 g，不同的木粉質(zhì)量即代表不同的木粉濃度。本模型和Callé模型的理論仿真計(jì)算與試驗(yàn)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(jì)算了5.1～20.3 g的4組不同質(zhì)量木粉的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)4條模擬曲線可知，Callé模型的擬合結(jié)果只是對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)大致趨勢(shì)的擬合，最大爆炸壓力計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果偏離較大。而本研究理論模型的擬合曲線與試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)。此外，Callé模型缺乏3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的理論計(jì)算，而利用本研究模型對(duì)此3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合度同樣較高。本研究對(duì)所有7種不同質(zhì)量木粉的理論擬合結(jié)果表明，最大爆炸壓力隨著木粉質(zhì)量的增加而先增大后減小，在14.6 g出現(xiàn)極大值，與試驗(yàn)結(jié)果完全一致，較好地詮釋了試驗(yàn)現(xiàn)象。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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