木粉爆炸最大压力预测模型的修正

发布时间：2022-01-26 23:20

　　粉尘爆炸一旦发生,极可能造成重大人员伤亡及经济损失。因此,构建准确的粉尘燃爆理论模型,可为粉尘燃爆防控、相关技术研发以及行业加工安全生产提供理论依据。针对木粉爆炸的试验数据,通过热力学基本原理及燃烧反应动力学对木粉爆炸最大压力进行理论建模。与Callé模型相比,本模型考虑了爆炸过程中爆炸压力受未燃烧木粉吸热的影响,并利用分子碰撞理论和过渡态理论修正了反应速率常数。利用本模型对试验数据进行拟合,得到最大爆炸压力理论计算值与试验值偏差最小为0.1%。此外,本模型还仿真计算了Callé模型未理论计算的3组不同质量木粉的试验数据,结果表明:以本模型计算得到的爆炸压力上升曲线与试验数据高度吻合,最大爆炸压力理论计算值与试验数据的平均偏差为1.3%左右;计算结果弥补了Callé模型的不足,并很好地诠释了试验现象。本模型进一步拟合了木粉质量连续变化情况下的最大爆炸压力曲线,最大爆炸压力先随木粉质量的增加而上升,在到达极大值后,再随木粉质量的增加而下降,与试验测量结果完全一致。通过对连续木粉质量的计算,本模型可以预估给定木粉质量时的最大爆炸压力,为燃爆的防控提供理论依据。 

【文章来源】：林业工程学报. 2020,5(05)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

理论模型计算数据与试验数据拟合

利用理论模型，拟合了木粉质量连续变化下的最大爆炸压力曲线，如图3所示。除了木粉质量为5.1 g，其他6种木粉质量时曲线的理论值与试验数据高度贴合，进一步表明本理论模型的优势。最大爆炸压力先随木粉质量的增加而上升，在到达极大值后，再随质量的增加而下降。试验数据表明，最大爆炸压力极大值出现在木粉质量为14.6 g时，极大值为0.757 MPa。理论计算曲线结果显示，最大爆炸压力极大值出现在木粉质量为12.5 g附近，极大值为0.768 MPa。由于试验测量时一般是选取某些间断的质量值，不可能无限小质量间隔进行连续质量选取，而理论模型可以通过对连续质量进行计算。因此，本模型可以预估给定木粉质量时的最大爆炸压力，为燃爆的防控提供理论依据。3 结论

爆炸期间25～45μm粒径的木粉爆炸压力试验数据见图1[15]。图1中，木粉的质量为2.6～40.9 g，不同的木粉质量即代表不同的木粉浓度。本模型和Callé模型的理论仿真计算与试验数据的拟合曲线如图2所示，其中，EA=9 k J/mol。由图2可知，Callé模型只模拟计算了5.1～20.3 g的4组不同质量木粉的试验数据，根据4条模拟曲线可知，Callé模型的拟合结果只是对试验数据大致趋势的拟合，最大爆炸压力计算与试验测量结果偏离较大。而本研究理论模型的拟合曲线与试验数据高度吻合，燃爆的最大爆炸压力理论值非常接近试验数据。此外，Callé模型缺乏3组试验数据的理论计算，而利用本研究模型对此3组试验数据的拟合度同样较高。本研究对所有7种不同质量木粉的理论拟合结果表明，最大爆炸压力随着木粉质量的增加而先增大后减小，在14.6 g出现极大值，与试验结果完全一致，较好地诠释了试验现象。

【参考文献】：
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本文编号：3611308