惰化劑粒徑對鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙膶嶒炑芯浚?/h1>
2017-07-31 21:02:54陳先鋒張洪銘劉晅亞胡東濤
爆炸與沖擊 2017年4期
陳 曦，陳先鋒，張洪銘，劉晅亞，張 英，牛 奕，胡東濤
（1．武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，湖北武漢430070；2．建筑消防工程技術公安部重點實驗室，天津300381）
惰化劑粒徑對鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙膶嶒炑芯浚?/p>
陳 曦1，陳先鋒1，張洪銘1，劉晅亞2，張 英1，牛 奕1，胡東濤1
（1．武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，湖北武漢430070；2．建筑消防工程技術公安部重點實驗室，天津300381）
為探索惰化劑粒徑對可燃工業(yè)粉塵火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?，通過建立豎直粉塵燃燒管道實驗平臺，在碳酸氫鈉質量分數為30%的惰化條件下，就碳酸氫鈉粒徑對鋁粉燃燒火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊戇M行了實驗研究。結果表明：平均粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體對平均粒徑為15μm的鋁粉的火焰?zhèn)鞑ニ俣染哂休^好的抑制作用，惰性粉體與可燃工業(yè)粉塵應存在粒度匹配效應；碳酸氫鈉粉體對鋁粉火焰溫度的惰化抑制效果與其粒徑呈反比關系；碳酸氫鈉粉體會減小鋁粉火焰預熱區(qū)厚度，預熱區(qū)厚度隨碳酸氫鈉粒徑的增加先減小后增大。此外，分析了碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙淖饔脵C理。
惰化劑；粒徑；鋁粉；燃燒；火焰?zhèn)鞑?/p>
近年來，由可燃性工業(yè)粉塵引發(fā)的火災、爆炸事故時有發(fā)生并呈增長趨勢［12］。據統計，由金屬粉塵引發(fā)的粉塵爆炸事故是當前發(fā)生次數最多、頻率最高、死亡人數最多、影響最惡劣的粉塵爆炸災害［2］，如2014年8月2日江蘇昆山開發(fā)區(qū)中榮金屬制品有限公司汽車輪轂拋光車間發(fā)生的鋁粉爆炸事故造成146人死亡、114人受傷。鑒于此，國內外針對工業(yè)粉塵爆炸的惰化抑制進行了大量的理論和實驗研究。P．R．Amyotte等［3］闡述了在預防和控制粉塵爆炸事故中采用的惰化技術與抑制技術之間的區(qū)別。J．Amrogowicz等［4］對NaHCO3和NH4H2PO4的惰化抑制功效進行了對比，發(fā)現NH4H2PO4粉末在惰化方面的效果優(yōu)于NaHCO3，而在抑制爆炸方面則NaHCO3更有效。謝波等［5］對目前國內外工業(yè)粉塵爆炸抑爆技術和隔爆技術的研究現狀進行了闡述，同時提出應加強對容器管道連接系統及巷道網絡系統中粉塵爆炸傳播機理的研究。伍毅等［6］研究了密閉空間中碳酸鹽的質量分數和粒徑對粉塵爆炸壓力的影響，結果表明，惰化劑的粒徑越小，濃度越高，對粉塵爆炸的惰化作用越強。蔡周全等［7］研究了密閉空間中干粉滅火劑粒度對抑爆性能的影響，結果表明，ABC干粉滅火劑對煤塵爆炸有抑爆作用，其粒度對抑爆性能沒有影響。韋偉等［8］通過數值模擬研究了爆轟波形成及傳播的機理和特性，結果表明鋁粉粉塵的初始半徑對爆轟形成和傳播具有一定的影響，且氣體的黏性作用對近爆轟管壁面處的火焰速度也有影響。曹衛(wèi)國等［9］利用高速攝影裝置和半封閉豎直燃燒管對兩種煤粉粉塵在爆炸過程中的火焰?zhèn)鞑ヌ卣鬟M行了實驗研究，并對實驗拍攝到的火焰前鋒陣面和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩剡M行了分析。以上研究主要集中在密閉空間中的抑爆性能，對管道系統中的粉塵燃燒及抑爆研究較少，對粉塵爆炸過程中粉塵燃燒及爆燃火焰?zhèn)鞑ミ^程的研究則更少，而實際的粉塵爆炸事故多發(fā)生在易產生粉塵堆積的管道系統中。為此本文中基于新建立的小尺寸粉塵燃燒管道實驗平臺，開展不同粒徑的碳酸氫鈉粉體對工業(yè)粉塵燃燒火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙膶嶒炑芯俊?/p>
1 實 驗
1．1 實驗系統
實驗系統由粉塵燃燒管道、高壓點火系統、溫度監(jiān)測采集系統、配氣系統、數據采集系統、高速攝影與光學濾波系統、同步控制系統等組成，如圖1所示。粉塵燃燒管道為正方形截面的長方體豎直管道，其尺寸為50cm×8cm×8cm，左、右側壁采用15mm厚高機械強度的不銹鋼板，前、后側壁安裝可拆卸的具有高機械強度、良好透光性和耐高溫的石英玻璃，在管道上端設置泄壓口。
圖1 實驗系統結構Fig．1 Scheme of experimental system
由于鋁粉在燃燒過程中反應劇烈，火焰亮度較大，為了清晰地捕捉鋁粉火焰的傳播過程，選取鋁粉顆粒燃燒時出現的中間產物——AlO（AlO的特征輻射波長約為484nm）作為觀察對象［10］，采用特制的484nm帶通（窄帶）濾光片。
1．2 實驗過程
實驗中采用分析純鋁粉和碳酸氫鈉粉體，具體參數如表1所示。將鋁粉和碳酸氫鈉粉體置于真空干燥箱中，分別在50和40℃下烘干8h以上。選取4種標準分析篩，篩分出粒徑為50～75μm、38～50μm、30～38μm和0～30μm的粉塵樣品，對應的平均粒徑d分別為60、45、30、15μm，將樣品存放在常溫真空干燥箱內備用。
表1 實驗樣品參數Table 1 Specific parameters of the sample
首先按照圖1所示安裝實驗系統中的各種儀器設備并進行調試，然后按要求稱取一定質量的樣品，充分混合后均勻地放入管道凹槽內，接著對噴粉系統配氣，最后啟動實驗，電火花點燃預先吹揚起的粉塵云，火焰?zhèn)鞑サ淖兓^程由高速攝影儀和熱電偶等記錄和測量。高速攝影儀和數據采集儀的啟動時間以及高壓點火器的點火時間均由可編程同步控制裝置實現。實驗中，噴出壓縮空氣的壓力為0．1MPa，噴氣持續(xù)時間為100ms，點火電壓為14kV，點火延遲時間（噴粉結束后距點火電極放電的時間）為100ms，高速攝影儀的記錄速度為2 000幀每秒。采用插板法測量粉塵云的質量濃度，多次測量取平均值，即視為該粉塵質量下的粉塵云質量濃度，實驗管道中鋁粉的質量濃度約為0．346kg／m3。
2 實驗結果與分析討論
2．1 鋁粉火焰結構分析
選取平均粒徑為15μm的鋁粉粉塵進行鋁粉燃燒實驗。高速攝影儀拍攝的鋁粉火焰?zhèn)鞑ミ^程圖像截圖如圖2所示，時間間隔為5ms。從圖2中可以看到由劇烈燃燒發(fā)出的亮光所引起的白色斑駁，火焰?zhèn)鞑ミ^程中火焰前端比較整齊、平穩(wěn)，未出現波動，說明粉塵的分布比較均勻，鋁粉燃燒反應循序漸進，火焰上端出現規(guī)律的淺藍色區(qū)域。針對此淺藍色區(qū)域，以熱電偶和離子探針監(jiān)測點為參照點，選取t1時刻（即淺藍色區(qū)域上端接近監(jiān)測點）和t2時刻（即淺藍色區(qū)域上升越過監(jiān)測點）的火焰?zhèn)鞑D像截圖（見圖3），通過數據分析得到該區(qū)域的實際寬度為14．66mm。此外，對圖像進行灰度處理，所得的實際寬度與處理前結果基本吻合，如圖3所示。
圖2 鋁粉火焰?zhèn)鞑ミ^程Fig．2 The flame propagation process of aluminum powder
根據前人獲得的鋁粉火焰離子探針實驗結果［1113］，結合本實驗數據進行分析：在火焰溫度大幅上升之前，離子電流已出現波動，說明在此之前已經出現鋁粉熔化、汽化，鋁粉與周圍空氣發(fā)生反應，反應進行得比較緩慢，反應程度較低；離子電流峰和溫度峰都很光滑并且很強，說明這一區(qū)域內鋁粉汽化、燃燒反應比較劇烈；火焰溫度下降之后，離子電流也出現了同樣波動，說明火焰經過后仍有一些殘留的粉塵進行反應，與火焰?zhèn)鞑ズ笃诨鹧嫦邕^程中存在的零星燃燒反應區(qū)域吻合。由此，考慮將預熱區(qū)厚度定義為燃燒區(qū)前鋒到淺藍色區(qū)域邊界之間的距離［13］，進而可將鋁粉火焰結構劃分為未燃區(qū)、預熱區(qū)和燃燒區(qū)，見圖4。
圖3 鋁粉火焰?zhèn)鞑D像截圖Fig．3 Partial image of the aluminum powder flame propagation
圖4 鋁粉火焰結構示意圖Fig．4 Structure of the aluminum powder flame
2．2 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/p>
采用前人的火焰?zhèn)鞑ミ^程圖像分析方法［1415］，對相同實驗條件下高速攝影儀拍攝的火焰?zhèn)鞑ミ^程圖像進行分析，得到添加質量分數為30%的不同粒徑碳酸氫鈉粉體后不同時刻的火焰?zhèn)鞑ニ俣惹€，如圖5所示。從圖5可以看出：火焰?zhèn)鞑ニ俣葀隨時間t增加而逐漸增大，碳酸氫鈉粒徑（dNaHCO3）為30μm時的火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畹?，且火焰速度的增加幅度最??；隨著火焰速度的增大，碳酸氫鈉對鋁粉火焰?zhèn)鞑サ亩杌饔糜用黠@。實驗結果說明，平均粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體對鋁粉火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩杌种菩Ч詈谩?/p>
2．3 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰溫度的影響
為了提高實驗數據的精度，本實驗采用自制的Pt／Rh13－Pt熱電偶作為溫度探測元件，并對熱電偶進行誤差分析，用溫度補償公式進行修正［14］，測量結果如圖6所示。
圖5 不同工況下鋁粉火焰?zhèn)鞑ニ俣菷ig．5 Flame propagation speeds under different conditions
圖6 不同工況下鋁粉火焰溫度變化Fig．6 Flame temperature variations under different conditions
從圖6可以看出，火焰溫度T的總體變化趨勢是先陡然上升隨后緩慢下降。對比不同工況下火焰的最高溫度可以看出：添加不同粒徑的碳酸氫鈉粉體后，鋁粉火焰溫度均有所下降，只是降低幅度不同，最高溫度隨著碳酸氫鈉粉體粒徑的減小而逐漸降低。另外，對比不同工況下火焰溫度達到最高時所用的時間，可以看出，所用時間隨著添加碳酸氫鈉粉體粒徑的減小而逐漸增加。實驗結果說明：碳酸氫鈉粉體能夠降低鋁粉火焰溫度，并且隨著碳酸氫鈉粉體粒徑的減小，作用越明顯，降低幅度越大。
2．4 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰結構的影響
在碳酸氫鈉粉塵（質量分數為30%）粒徑分別為60、45、30和15μm的條件下，由高速攝影儀拍攝的鋁粉火焰形態(tài)如圖7所示。從圖7中可以看出：鋁粉火焰圖像中的白色斑駁隨著碳酸氫鈉粒徑的減小逐漸消失，火焰燃燒區(qū)出現不同程度的紊亂，預熱區(qū)明顯變窄，也出現紊亂，其中添加粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體時鋁粉火焰圖像的紊亂程度最大，且火焰最暗。由此可知，不同粒徑的碳酸氫鈉能夠降低鋁粉燃燒反應速率，使鋁粉燃燒產生紊亂，對鋁粉火焰?zhèn)鞑ゾ哂幸欢ǖ囊种谱饔?，并?0μm的碳酸氫鈉粉體的惰化作用最好。
圖7 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰形態(tài)的影響Fig．7 Influence of sodium bicarbonate particle size on flame formation
圖8不同工況下鋁粉火焰預熱區(qū)厚度Fig．8 Flame thickness of the preheating zone under different conditions
圖8 給出了預熱區(qū)厚度h與碳酸氫鈉粒徑dNaHCO3之間的關系?？梢钥闯觯尤胩妓釟溻c粉體后，鋁粉火焰預熱區(qū)厚度變小，當碳酸氫鈉粒徑為36．36μm時，預熱區(qū)厚度降到最低，為10．61mm，其后有隨著碳酸氫鈉粒徑增大而增大的趨勢。結合圖5可知，預熱區(qū)厚度和火焰?zhèn)鞑ニ俣入S碳酸氫鈉粒徑的變化趨勢相同，說明預熱區(qū)厚度與火焰?zhèn)鞑ニ俣扔幸欢撓?。在本實驗條件下，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍降?，燃燒反應速率越低，火焰前鋒在向上傳播的過程中，未燃區(qū)受到火焰加熱的熱量越少，預熱區(qū)厚度越小。碳酸氫鈉粉體的加入改變了預熱區(qū)厚度，從而對火焰?zhèn)鞑ニ俣犬a生影響。
2．5 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙臋C理分析
根據國內外學者對惰性粉體的抑爆研究［1623］，結合本實驗結果的分析，可以得到以下結論。
（1）在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，碳酸氫鈉粉體的加入會稀釋鋁粉塵云的質量濃度，減弱反應的劇烈程度，并增大粉塵火焰陣面的湍流程度，由圖7可知30μm的碳酸氫鈉粉體對鋁粉的影響較60和45μm的碳酸氫鈉粉體明顯。對于15μm的碳酸氫鈉粉體，考慮到鋁粉的燃燒溫度較高，碳酸氫鈉粉體在440℃時已完全分解，所產生的游離二氧化碳和水蒸氣能夠奪取粉塵爆炸火焰中產生的自由基，終止粉塵燃燒反應鏈；然而另一方面由于15μm碳酸氫鈉粉體分解產物中的水蒸氣會促進鋁粉的燃燒反應，增強粉塵火焰的前驅沖擊波速度，結合圖5和圖8分析可知，15μm的碳酸氫鈉粉體對鋁粉火焰的抑制效果不明顯。
（2）從圖7可以看到：在30μm碳酸氫鈉粉體的作用下鋁粉的火焰陣面復雜，湍流度較大，屬于汽化控制的火焰；而60μm碳酸氫鈉粉體作用下的鋁粉火焰介于燃燒控制與汽化控制之間；45μm碳酸氫鈉粉體作用下的鋁粉火焰則屬于燃燒控制［17］。結合圖5和圖6中的規(guī)律，可以得到：對于汽化控制的火焰?zhèn)鞑?，小粒徑的碳酸氫鈉粉體在火焰到達之前會吸收火焰輻射出的大部分熱量，并用于自身的分解，從而對鋁粉粒子的熔化、汽化產生阻礙作用，導致鋁粉火焰的傳播速度降低，同時大幅度降低火焰溫度，發(fā)揮惰化抑制作用。
3 結 論
在碳酸氫鈉質量分數為30%的惰化條件下，實驗研究了4種惰化劑粒徑對單一粒徑鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊懀玫降慕Y論如下：
（1）在本實驗條件下，平均粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體對平均粒徑為15μm的鋁粉的火焰?zhèn)鞑ニ俣染哂休^好的抑制作用，惰性粉體與可燃工業(yè)粉塵應存在粒度匹配效應；
（2）碳酸氫鈉粉體能夠降低鋁粉火焰溫度，其抑制效果與碳酸氫鈉粉體粒徑呈反比關系，即粒徑越小，作用越明顯，降低幅度越大；
（3）碳酸氫鈉粉體能夠影響鋁粉火焰的預熱區(qū)厚度，預熱區(qū)厚度隨碳酸氫鈉粒徑的增加先減小后增大，同時碳酸氫鈉粉體還使鋁粉火焰的燃燒區(qū)出現紊亂，降低鋁粉燃燒反應速率，阻礙其燃燒傳播。
［1］ 多英全，劉垚楠，胡馨升．2009～2013年我國粉塵爆炸事故統計分析研究［J］．中國安全生產科學技術，2015，11（2）：186－190．Duo Yingquan，Liu Yaonan，Hu Xinsheng．Statistical analysis on dust explosion accidents occurring in China during 2009－2013［J］．Journal of Safety Science and Technology，2015，11（2）：186－190．
［2］ 張超光，蔣軍成，鄭志琴．粉塵爆炸事故模式及其預防研究［J］．中國安全科學學報，2005，15（6）：73－76．Zhang Chaoguang，Jiang Juncheng，Zheng Zhiqin．Study on the mode and prevention of dust explosion accident［J］．China Safety Science Journal，2005，15（6）：73－76．
［3］ Amyotte P R，Mintz K J，Peeg M J．Solid inerrant and their use in dust explosion prevention and mitigation［J］．Trans IChemE Part B，1995，73：89－100．
［4］ Amrogowicz J，Kordylewski W．Effectiveness of dust explosion suppression by carbonates and phosphates［J］．Combustion ＆Flame，1991，85（3）：520－522．
［5］ 謝波，王克全．工業(yè)粉塵爆炸抑制技術研究現狀及存在的問題［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保，2000，27（1）：13－15．Xie Bo，Wang Kequan．Present study status of industrial dust explosion suppression techniques and existent prob－lems［J］．Mining Safety ＆Environmental Protection，2000，27（1）：13－15．
［6］ 伍毅，袁旌杰，蒯念生，等．碳酸鹽對密閉空間粉塵爆炸壓力影響的試驗研究［J］．中國安全科學學報，2010，20（10）：92－96．Wu Yi，Yuan Jingjie，Kuai Niansheng，et al．Effects of carbonates on dust explosion pressure in closed vessel［J］．China Safety Science Journal，2010，20（10）：92－96．
［7］ 蔡周全，張引合．干粉滅火劑粒度對抑爆性能的影響［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保，2001，28（4）：14－16．
［8］ 韋偉，翁春生．鋁粉／空氣二維黏性兩相爆轟的數值模擬［J］．爆炸與沖擊，2015，35（1）：29－35．Wei Wei，Weng Chunsheng．Numerical simulation for aluminum／air two－dimensional viscous two－phase detonation［J］．Explosion and Shock Waves，2015，35（1）：29－35．
［9］ 曹衛(wèi)國，徐森，梁濟元，等．煤粉塵爆炸過程中火焰的傳播特性［J］．爆炸與沖擊，2014，34（5）：586－593．Cao Weiguo，Xu Sen，Liang Jiyuan，et al．Characteristics of flame propagation during coal dust cloud explosion［J］．Explosion and Shock Waves，2014，34（5）：586－593．
［10］ 李招寧，王永國，胡棟，等．鋁粉快速反應光譜中AlO B2Σ＋→X2Σ＋發(fā)射光譜的研究［J］．原子與分子物理學報，1996，13（3）：69－75．Li Zhaoning，Wang Yongguo，Hu Dong，et al．A study of the AlO（B2Σ＋→X2Σ＋）band system from fast reaction of aluminium dust［J］．Chinese Journal of Atomic and Molecular Physics，1996，13（3）：69－75．
［11］ 孫金華．PMMA微粒子云中傳播火焰的基本結構［J］．熱科學與技術，2004，3（1）：76－80．Sun Jinhua．Structure of flame propagating through PMMA particle cloud［J］．Journal of Thermal Science and Technology，2004，3（1）：76－80．
［12］ 孫金華，盧平，劉義．空氣中懸浮金屬微粒子的燃燒特性［J］．南京理工大學學報（自然科學版），2005，29（5）：582－585．Sun Jinhua，Lu Ping，Liu Yi．Combustion behavior of metal particles suspended in air［J］．Journal of Nanjing University of Science and Technology，2005，29（5）：582－585．
［13］ 丁以斌，孫金華，何學超，等．鋯粉塵云的火焰?zhèn)鞑ヌ匦裕跩］．燃燒科學與技術，2010，16（4）：353－357．Ding Yibin，Sun Jinhua，He Xuechao，et al．Flame propagation characteristic of zirconium particle cloud［J］．Journal of Combustion Science and Technology，2010，16（4）：353－357．
［14］ 陳先鋒．丙烷－空氣預混火焰微觀結構及加速傳播過程中的動力學研究［D］．合肥：中國科學技術大學，2007．
［15］ 高偉，阿部俊太郎，榮建忠，等．氣流特征對水平長管內石松子粉塵爆炸火焰結構的影響［J］．爆炸與沖擊，2015，35（3）：372－379．Gao Wei，Abe Shuntaro，Rong Jianzhong，et al．Effect of airflow characteristics on flame structure for following lycopodium dust－air mixtures in a long horizontal tube［J］．Explosion and Shock Waves，2015，35（3）：372－379．
［16］ Hertzberg M．Inhibition and extinction of coal dust and methane explosions［M］．US Department of the Interior，Bureau of Mines，1982．
［17］ Gao W，Mogi T，Sun J，et al．Effects of particle size distributions on flame propagation mechanism during octadecanol dust explosions［J］．Powder Technology，2013，249：168－174．
［18］ Moussa R B，Guessasma M，Proust C，et al．Thermal radiation contribution to metal dust explosions［J］．Procedia Engineering，2015，102：714－721．
［19］ Chen X，Zhang H，Chen X，et al．Effect of dust explosion suppression by sodium bicarbonate with different granulometric distribution［J］．Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2017．
［20］ 范寶春，謝波，張小和，等．惰性粉塵抑爆過程的實驗研究［J］．流體力學實驗與測量，2001（4）：20－25．Fan Baochun，Xie Bo，Zhang Xiaohe，et al．Experimental research on explosion suppression by inert particles［J］．Experiments and Measurements in Fluid Mechanics，2001（4）：20－25．
［21］ 陳振豪，倪文娟，邱根躍，等．碳酸氫鈉干粉滅火機理的研究［J］．消防科技，1985（3）：20－23．
［22］ 左前明，程衛(wèi)民，湯家軒．粉體抑爆劑在煤礦應用研究的現狀與展望［J］．煤炭技術，2010，29（11）：78－80．Zuo Qianming，Cheng Weimin，Tang Jiaxuan．Current status and prospects of application and research of powder coal mine explosion suppression agent［J］．Coal Technology，2010，29（11）：78－80．
［23］ 任一丹，劉龍，袁旌杰，等．粉塵爆炸中惰性介質抑制機理及協同作用［J］．消防科學與技術，2015，34（2）：158－162．Ren Yidan，Liu Long，Yuan Jingjie，et al．Inhibition mechanisms and synergy effects of solid inerrtants in dust explosion［J］．Fire Science and Technology，2015，34（2）：158－162．
Effects of inerting agent with different particle sizes on the flame propagation of aluminum dust
Chen Xi1，Chen Xianfeng1，Zhang Hongming1，Liu Xuanya2Zhang Ying1，Niu Yi1，Hu Dongtao1
（1．School of Resources ＆Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，Hubei，China；2．Key Laboratory of Building Fire Protection Engineering and Technology of MPS，Tianjin 300381，China）
To explore the influence of the inerting agent with different particle sizes on the flame propagation of the combustible industrial dust，by establishing a vertical dust combustion pipe experiment platform，we investigated the effects of the particle size of sodium bicarbonate on the characteristics of the burning flame propagation of aluminum powder．The results show that，under the condition of 30%mass fraction of sodium bicarbonate，the sodium bicarbonate powder with an average particle size of 30μm has a good inhibitory effect on the flame propagation speed of aluminum powder with an average particle size of 15μm，and there exists a correlation between the particle size of the inerting powder and the combustible industrial dust．The inerting inhibiting effect of sodium bicarbonate powder on the flame temperature of aluminum is inversely proportionate to its particle size．It was found that sodium bicarbonate powder can decrease the thickness of the preheating zone of aluminum powder flame，which decreases at first and then increases with the increase of the particle size of the sodium bicarbonate．Finally，we also examined the mechanism underlying the influence of sodium bicarbonate particle size on the flame propagation of aluminum powder．
inerting agent；particle size；aluminum powder；burning；flame propagation
O381國標學科代碼：13035
A
10．11883／1001－1455（2017）04－0759－07
（責任編輯 王 影）
2015－11－24；
2016－05－03
國家自然科學基金項目（51174153，51374164）；建筑消防工程技術公安部重點實驗室開放課題（KFKT2014ZD03）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金項目（2015－zy－080）
陳 曦（1990－ ），男，碩士研究生；通信作者：陳先鋒，cxf618＠whut．edu．cn。
猜你喜歡
納米鋁粉的反應性研究進展及趨勢兵器裝備工程學報(2023年9期)2023-10-10 07:24:26 抽吸氣流量對催化惰化系統性能影響北京航空航天大學學報(2022年7期)2022-08-06 07:28:28 延長筒倉存煤時間防止煤炭自燃的新型惰化技術及應用科技信息·學術版(2021年21期)2021-11-24 07:21:37 代謝綜合征患者臂踝脈搏波傳播速度與頸動脈粥樣硬化的關系現代臨床醫(yī)學(2021年6期)2021-11-20 06:34:30 惰化知覺研究述評心理研究(2019年1期)2019-12-14 06:04:58 納米鋁粉對RDX基炸藥爆速的影響火工品(2019年1期)2019-04-29 03:03:44 新雷作文周刊·小學一年級版(2018年13期)2018-05-22 11:42:50 一類廣義canmassa—Holm方程的無限傳播速度與漸近行為上海師范大學學報·自然科學版(2018年3期)2018-05-14 13:47:10 基于20 L球形爆炸裝置的微米級鋁粉爆炸特性實驗北京理工大學學報(2016年7期)2016-11-25 05:44:11 防止球形鋁粉導致的安全事故山西化工(2015年1期)2015-08-15 00:50:11
陳 曦，陳先鋒，張洪銘，劉晅亞，張 英，牛 奕，胡東濤
（1．武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，湖北武漢430070；2．建筑消防工程技術公安部重點實驗室，天津300381）
惰化劑粒徑對鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙膶嶒炑芯浚?/p>
陳 曦1，陳先鋒1，張洪銘1，劉晅亞2，張 英1，牛 奕1，胡東濤1
（1．武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，湖北武漢430070；2．建筑消防工程技術公安部重點實驗室，天津300381）
為探索惰化劑粒徑對可燃工業(yè)粉塵火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?，通過建立豎直粉塵燃燒管道實驗平臺，在碳酸氫鈉質量分數為30%的惰化條件下，就碳酸氫鈉粒徑對鋁粉燃燒火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊戇M行了實驗研究。結果表明：平均粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體對平均粒徑為15μm的鋁粉的火焰?zhèn)鞑ニ俣染哂休^好的抑制作用，惰性粉體與可燃工業(yè)粉塵應存在粒度匹配效應；碳酸氫鈉粉體對鋁粉火焰溫度的惰化抑制效果與其粒徑呈反比關系；碳酸氫鈉粉體會減小鋁粉火焰預熱區(qū)厚度，預熱區(qū)厚度隨碳酸氫鈉粒徑的增加先減小后增大。此外，分析了碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙淖饔脵C理。
惰化劑；粒徑；鋁粉；燃燒；火焰?zhèn)鞑?/p>
近年來，由可燃性工業(yè)粉塵引發(fā)的火災、爆炸事故時有發(fā)生并呈增長趨勢［12］。據統計，由金屬粉塵引發(fā)的粉塵爆炸事故是當前發(fā)生次數最多、頻率最高、死亡人數最多、影響最惡劣的粉塵爆炸災害［2］，如2014年8月2日江蘇昆山開發(fā)區(qū)中榮金屬制品有限公司汽車輪轂拋光車間發(fā)生的鋁粉爆炸事故造成146人死亡、114人受傷。鑒于此，國內外針對工業(yè)粉塵爆炸的惰化抑制進行了大量的理論和實驗研究。P．R．Amyotte等［3］闡述了在預防和控制粉塵爆炸事故中采用的惰化技術與抑制技術之間的區(qū)別。J．Amrogowicz等［4］對NaHCO3和NH4H2PO4的惰化抑制功效進行了對比，發(fā)現NH4H2PO4粉末在惰化方面的效果優(yōu)于NaHCO3，而在抑制爆炸方面則NaHCO3更有效。謝波等［5］對目前國內外工業(yè)粉塵爆炸抑爆技術和隔爆技術的研究現狀進行了闡述，同時提出應加強對容器管道連接系統及巷道網絡系統中粉塵爆炸傳播機理的研究。伍毅等［6］研究了密閉空間中碳酸鹽的質量分數和粒徑對粉塵爆炸壓力的影響，結果表明，惰化劑的粒徑越小，濃度越高，對粉塵爆炸的惰化作用越強。蔡周全等［7］研究了密閉空間中干粉滅火劑粒度對抑爆性能的影響，結果表明，ABC干粉滅火劑對煤塵爆炸有抑爆作用，其粒度對抑爆性能沒有影響。韋偉等［8］通過數值模擬研究了爆轟波形成及傳播的機理和特性，結果表明鋁粉粉塵的初始半徑對爆轟形成和傳播具有一定的影響，且氣體的黏性作用對近爆轟管壁面處的火焰速度也有影響。曹衛(wèi)國等［9］利用高速攝影裝置和半封閉豎直燃燒管對兩種煤粉粉塵在爆炸過程中的火焰?zhèn)鞑ヌ卣鬟M行了實驗研究，并對實驗拍攝到的火焰前鋒陣面和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩剡M行了分析。以上研究主要集中在密閉空間中的抑爆性能，對管道系統中的粉塵燃燒及抑爆研究較少，對粉塵爆炸過程中粉塵燃燒及爆燃火焰?zhèn)鞑ミ^程的研究則更少，而實際的粉塵爆炸事故多發(fā)生在易產生粉塵堆積的管道系統中。為此本文中基于新建立的小尺寸粉塵燃燒管道實驗平臺，開展不同粒徑的碳酸氫鈉粉體對工業(yè)粉塵燃燒火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙膶嶒炑芯俊?/p>
1 實 驗
1．1 實驗系統
實驗系統由粉塵燃燒管道、高壓點火系統、溫度監(jiān)測采集系統、配氣系統、數據采集系統、高速攝影與光學濾波系統、同步控制系統等組成，如圖1所示。粉塵燃燒管道為正方形截面的長方體豎直管道，其尺寸為50cm×8cm×8cm，左、右側壁采用15mm厚高機械強度的不銹鋼板，前、后側壁安裝可拆卸的具有高機械強度、良好透光性和耐高溫的石英玻璃，在管道上端設置泄壓口。
圖1 實驗系統結構Fig．1 Scheme of experimental system
由于鋁粉在燃燒過程中反應劇烈，火焰亮度較大，為了清晰地捕捉鋁粉火焰的傳播過程，選取鋁粉顆粒燃燒時出現的中間產物——AlO（AlO的特征輻射波長約為484nm）作為觀察對象［10］，采用特制的484nm帶通（窄帶）濾光片。
1．2 實驗過程
實驗中采用分析純鋁粉和碳酸氫鈉粉體，具體參數如表1所示。將鋁粉和碳酸氫鈉粉體置于真空干燥箱中，分別在50和40℃下烘干8h以上。選取4種標準分析篩，篩分出粒徑為50～75μm、38～50μm、30～38μm和0～30μm的粉塵樣品，對應的平均粒徑d分別為60、45、30、15μm，將樣品存放在常溫真空干燥箱內備用。
表1 實驗樣品參數Table 1 Specific parameters of the sample
首先按照圖1所示安裝實驗系統中的各種儀器設備并進行調試，然后按要求稱取一定質量的樣品，充分混合后均勻地放入管道凹槽內，接著對噴粉系統配氣，最后啟動實驗，電火花點燃預先吹揚起的粉塵云，火焰?zhèn)鞑サ淖兓^程由高速攝影儀和熱電偶等記錄和測量。高速攝影儀和數據采集儀的啟動時間以及高壓點火器的點火時間均由可編程同步控制裝置實現。實驗中，噴出壓縮空氣的壓力為0．1MPa，噴氣持續(xù)時間為100ms，點火電壓為14kV，點火延遲時間（噴粉結束后距點火電極放電的時間）為100ms，高速攝影儀的記錄速度為2 000幀每秒。采用插板法測量粉塵云的質量濃度，多次測量取平均值，即視為該粉塵質量下的粉塵云質量濃度，實驗管道中鋁粉的質量濃度約為0．346kg／m3。
2 實驗結果與分析討論
2．1 鋁粉火焰結構分析
選取平均粒徑為15μm的鋁粉粉塵進行鋁粉燃燒實驗。高速攝影儀拍攝的鋁粉火焰?zhèn)鞑ミ^程圖像截圖如圖2所示，時間間隔為5ms。從圖2中可以看到由劇烈燃燒發(fā)出的亮光所引起的白色斑駁，火焰?zhèn)鞑ミ^程中火焰前端比較整齊、平穩(wěn)，未出現波動，說明粉塵的分布比較均勻，鋁粉燃燒反應循序漸進，火焰上端出現規(guī)律的淺藍色區(qū)域。針對此淺藍色區(qū)域，以熱電偶和離子探針監(jiān)測點為參照點，選取t1時刻（即淺藍色區(qū)域上端接近監(jiān)測點）和t2時刻（即淺藍色區(qū)域上升越過監(jiān)測點）的火焰?zhèn)鞑D像截圖（見圖3），通過數據分析得到該區(qū)域的實際寬度為14．66mm。此外，對圖像進行灰度處理，所得的實際寬度與處理前結果基本吻合，如圖3所示。
圖2 鋁粉火焰?zhèn)鞑ミ^程Fig．2 The flame propagation process of aluminum powder
根據前人獲得的鋁粉火焰離子探針實驗結果［1113］，結合本實驗數據進行分析：在火焰溫度大幅上升之前，離子電流已出現波動，說明在此之前已經出現鋁粉熔化、汽化，鋁粉與周圍空氣發(fā)生反應，反應進行得比較緩慢，反應程度較低；離子電流峰和溫度峰都很光滑并且很強，說明這一區(qū)域內鋁粉汽化、燃燒反應比較劇烈；火焰溫度下降之后，離子電流也出現了同樣波動，說明火焰經過后仍有一些殘留的粉塵進行反應，與火焰?zhèn)鞑ズ笃诨鹧嫦邕^程中存在的零星燃燒反應區(qū)域吻合。由此，考慮將預熱區(qū)厚度定義為燃燒區(qū)前鋒到淺藍色區(qū)域邊界之間的距離［13］，進而可將鋁粉火焰結構劃分為未燃區(qū)、預熱區(qū)和燃燒區(qū)，見圖4。
圖3 鋁粉火焰?zhèn)鞑D像截圖Fig．3 Partial image of the aluminum powder flame propagation
圖4 鋁粉火焰結構示意圖Fig．4 Structure of the aluminum powder flame
2．2 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/p>
采用前人的火焰?zhèn)鞑ミ^程圖像分析方法［1415］，對相同實驗條件下高速攝影儀拍攝的火焰?zhèn)鞑ミ^程圖像進行分析，得到添加質量分數為30%的不同粒徑碳酸氫鈉粉體后不同時刻的火焰?zhèn)鞑ニ俣惹€，如圖5所示。從圖5可以看出：火焰?zhèn)鞑ニ俣葀隨時間t增加而逐漸增大，碳酸氫鈉粒徑（dNaHCO3）為30μm時的火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畹?，且火焰速度的增加幅度最??；隨著火焰速度的增大，碳酸氫鈉對鋁粉火焰?zhèn)鞑サ亩杌饔糜用黠@。實驗結果說明，平均粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體對鋁粉火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩杌种菩Ч詈谩?/p>
2．3 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰溫度的影響
為了提高實驗數據的精度，本實驗采用自制的Pt／Rh13－Pt熱電偶作為溫度探測元件，并對熱電偶進行誤差分析，用溫度補償公式進行修正［14］，測量結果如圖6所示。
圖5 不同工況下鋁粉火焰?zhèn)鞑ニ俣菷ig．5 Flame propagation speeds under different conditions
圖6 不同工況下鋁粉火焰溫度變化Fig．6 Flame temperature variations under different conditions
從圖6可以看出，火焰溫度T的總體變化趨勢是先陡然上升隨后緩慢下降。對比不同工況下火焰的最高溫度可以看出：添加不同粒徑的碳酸氫鈉粉體后，鋁粉火焰溫度均有所下降，只是降低幅度不同，最高溫度隨著碳酸氫鈉粉體粒徑的減小而逐漸降低。另外，對比不同工況下火焰溫度達到最高時所用的時間，可以看出，所用時間隨著添加碳酸氫鈉粉體粒徑的減小而逐漸增加。實驗結果說明：碳酸氫鈉粉體能夠降低鋁粉火焰溫度，并且隨著碳酸氫鈉粉體粒徑的減小，作用越明顯，降低幅度越大。
2．4 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰結構的影響
在碳酸氫鈉粉塵（質量分數為30%）粒徑分別為60、45、30和15μm的條件下，由高速攝影儀拍攝的鋁粉火焰形態(tài)如圖7所示。從圖7中可以看出：鋁粉火焰圖像中的白色斑駁隨著碳酸氫鈉粒徑的減小逐漸消失，火焰燃燒區(qū)出現不同程度的紊亂，預熱區(qū)明顯變窄，也出現紊亂，其中添加粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體時鋁粉火焰圖像的紊亂程度最大，且火焰最暗。由此可知，不同粒徑的碳酸氫鈉能夠降低鋁粉燃燒反應速率，使鋁粉燃燒產生紊亂，對鋁粉火焰?zhèn)鞑ゾ哂幸欢ǖ囊种谱饔?，并?0μm的碳酸氫鈉粉體的惰化作用最好。
圖7 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰形態(tài)的影響Fig．7 Influence of sodium bicarbonate particle size on flame formation
圖8不同工況下鋁粉火焰預熱區(qū)厚度Fig．8 Flame thickness of the preheating zone under different conditions
圖8 給出了預熱區(qū)厚度h與碳酸氫鈉粒徑dNaHCO3之間的關系?？梢钥闯觯尤胩妓釟溻c粉體后，鋁粉火焰預熱區(qū)厚度變小，當碳酸氫鈉粒徑為36．36μm時，預熱區(qū)厚度降到最低，為10．61mm，其后有隨著碳酸氫鈉粒徑增大而增大的趨勢。結合圖5可知，預熱區(qū)厚度和火焰?zhèn)鞑ニ俣入S碳酸氫鈉粒徑的變化趨勢相同，說明預熱區(qū)厚度與火焰?zhèn)鞑ニ俣扔幸欢撓?。在本實驗條件下，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍降?，燃燒反應速率越低，火焰前鋒在向上傳播的過程中，未燃區(qū)受到火焰加熱的熱量越少，預熱區(qū)厚度越小。碳酸氫鈉粉體的加入改變了預熱區(qū)厚度，從而對火焰?zhèn)鞑ニ俣犬a生影響。
2．5 碳酸氫鈉粒徑對鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙臋C理分析
根據國內外學者對惰性粉體的抑爆研究［1623］，結合本實驗結果的分析，可以得到以下結論。
（1）在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，碳酸氫鈉粉體的加入會稀釋鋁粉塵云的質量濃度，減弱反應的劇烈程度，并增大粉塵火焰陣面的湍流程度，由圖7可知30μm的碳酸氫鈉粉體對鋁粉的影響較60和45μm的碳酸氫鈉粉體明顯。對于15μm的碳酸氫鈉粉體，考慮到鋁粉的燃燒溫度較高，碳酸氫鈉粉體在440℃時已完全分解，所產生的游離二氧化碳和水蒸氣能夠奪取粉塵爆炸火焰中產生的自由基，終止粉塵燃燒反應鏈；然而另一方面由于15μm碳酸氫鈉粉體分解產物中的水蒸氣會促進鋁粉的燃燒反應，增強粉塵火焰的前驅沖擊波速度，結合圖5和圖8分析可知，15μm的碳酸氫鈉粉體對鋁粉火焰的抑制效果不明顯。
（2）從圖7可以看到：在30μm碳酸氫鈉粉體的作用下鋁粉的火焰陣面復雜，湍流度較大，屬于汽化控制的火焰；而60μm碳酸氫鈉粉體作用下的鋁粉火焰介于燃燒控制與汽化控制之間；45μm碳酸氫鈉粉體作用下的鋁粉火焰則屬于燃燒控制［17］。結合圖5和圖6中的規(guī)律，可以得到：對于汽化控制的火焰?zhèn)鞑?，小粒徑的碳酸氫鈉粉體在火焰到達之前會吸收火焰輻射出的大部分熱量，并用于自身的分解，從而對鋁粉粒子的熔化、汽化產生阻礙作用，導致鋁粉火焰的傳播速度降低，同時大幅度降低火焰溫度，發(fā)揮惰化抑制作用。
3 結 論
在碳酸氫鈉質量分數為30%的惰化條件下，實驗研究了4種惰化劑粒徑對單一粒徑鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊懀玫降慕Y論如下：
（1）在本實驗條件下，平均粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體對平均粒徑為15μm的鋁粉的火焰?zhèn)鞑ニ俣染哂休^好的抑制作用，惰性粉體與可燃工業(yè)粉塵應存在粒度匹配效應；
（2）碳酸氫鈉粉體能夠降低鋁粉火焰溫度，其抑制效果與碳酸氫鈉粉體粒徑呈反比關系，即粒徑越小，作用越明顯，降低幅度越大；
（3）碳酸氫鈉粉體能夠影響鋁粉火焰的預熱區(qū)厚度，預熱區(qū)厚度隨碳酸氫鈉粒徑的增加先減小后增大，同時碳酸氫鈉粉體還使鋁粉火焰的燃燒區(qū)出現紊亂，降低鋁粉燃燒反應速率，阻礙其燃燒傳播。
［1］ 多英全，劉垚楠，胡馨升．2009～2013年我國粉塵爆炸事故統計分析研究［J］．中國安全生產科學技術，2015，11（2）：186－190．Duo Yingquan，Liu Yaonan，Hu Xinsheng．Statistical analysis on dust explosion accidents occurring in China during 2009－2013［J］．Journal of Safety Science and Technology，2015，11（2）：186－190．
［2］ 張超光，蔣軍成，鄭志琴．粉塵爆炸事故模式及其預防研究［J］．中國安全科學學報，2005，15（6）：73－76．Zhang Chaoguang，Jiang Juncheng，Zheng Zhiqin．Study on the mode and prevention of dust explosion accident［J］．China Safety Science Journal，2005，15（6）：73－76．
［3］ Amyotte P R，Mintz K J，Peeg M J．Solid inerrant and their use in dust explosion prevention and mitigation［J］．Trans IChemE Part B，1995，73：89－100．
［4］ Amrogowicz J，Kordylewski W．Effectiveness of dust explosion suppression by carbonates and phosphates［J］．Combustion ＆Flame，1991，85（3）：520－522．
［5］ 謝波，王克全．工業(yè)粉塵爆炸抑制技術研究現狀及存在的問題［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保，2000，27（1）：13－15．Xie Bo，Wang Kequan．Present study status of industrial dust explosion suppression techniques and existent prob－lems［J］．Mining Safety ＆Environmental Protection，2000，27（1）：13－15．
［6］ 伍毅，袁旌杰，蒯念生，等．碳酸鹽對密閉空間粉塵爆炸壓力影響的試驗研究［J］．中國安全科學學報，2010，20（10）：92－96．Wu Yi，Yuan Jingjie，Kuai Niansheng，et al．Effects of carbonates on dust explosion pressure in closed vessel［J］．China Safety Science Journal，2010，20（10）：92－96．
［7］ 蔡周全，張引合．干粉滅火劑粒度對抑爆性能的影響［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保，2001，28（4）：14－16．
［8］ 韋偉，翁春生．鋁粉／空氣二維黏性兩相爆轟的數值模擬［J］．爆炸與沖擊，2015，35（1）：29－35．Wei Wei，Weng Chunsheng．Numerical simulation for aluminum／air two－dimensional viscous two－phase detonation［J］．Explosion and Shock Waves，2015，35（1）：29－35．
［9］ 曹衛(wèi)國，徐森，梁濟元，等．煤粉塵爆炸過程中火焰的傳播特性［J］．爆炸與沖擊，2014，34（5）：586－593．Cao Weiguo，Xu Sen，Liang Jiyuan，et al．Characteristics of flame propagation during coal dust cloud explosion［J］．Explosion and Shock Waves，2014，34（5）：586－593．
［10］ 李招寧，王永國，胡棟，等．鋁粉快速反應光譜中AlO B2Σ＋→X2Σ＋發(fā)射光譜的研究［J］．原子與分子物理學報，1996，13（3）：69－75．Li Zhaoning，Wang Yongguo，Hu Dong，et al．A study of the AlO（B2Σ＋→X2Σ＋）band system from fast reaction of aluminium dust［J］．Chinese Journal of Atomic and Molecular Physics，1996，13（3）：69－75．
［11］ 孫金華．PMMA微粒子云中傳播火焰的基本結構［J］．熱科學與技術，2004，3（1）：76－80．Sun Jinhua．Structure of flame propagating through PMMA particle cloud［J］．Journal of Thermal Science and Technology，2004，3（1）：76－80．
［12］ 孫金華，盧平，劉義．空氣中懸浮金屬微粒子的燃燒特性［J］．南京理工大學學報（自然科學版），2005，29（5）：582－585．Sun Jinhua，Lu Ping，Liu Yi．Combustion behavior of metal particles suspended in air［J］．Journal of Nanjing University of Science and Technology，2005，29（5）：582－585．
［13］ 丁以斌，孫金華，何學超，等．鋯粉塵云的火焰?zhèn)鞑ヌ匦裕跩］．燃燒科學與技術，2010，16（4）：353－357．Ding Yibin，Sun Jinhua，He Xuechao，et al．Flame propagation characteristic of zirconium particle cloud［J］．Journal of Combustion Science and Technology，2010，16（4）：353－357．
［14］ 陳先鋒．丙烷－空氣預混火焰微觀結構及加速傳播過程中的動力學研究［D］．合肥：中國科學技術大學，2007．
［15］ 高偉，阿部俊太郎，榮建忠，等．氣流特征對水平長管內石松子粉塵爆炸火焰結構的影響［J］．爆炸與沖擊，2015，35（3）：372－379．Gao Wei，Abe Shuntaro，Rong Jianzhong，et al．Effect of airflow characteristics on flame structure for following lycopodium dust－air mixtures in a long horizontal tube［J］．Explosion and Shock Waves，2015，35（3）：372－379．
［16］ Hertzberg M．Inhibition and extinction of coal dust and methane explosions［M］．US Department of the Interior，Bureau of Mines，1982．
［17］ Gao W，Mogi T，Sun J，et al．Effects of particle size distributions on flame propagation mechanism during octadecanol dust explosions［J］．Powder Technology，2013，249：168－174．
［18］ Moussa R B，Guessasma M，Proust C，et al．Thermal radiation contribution to metal dust explosions［J］．Procedia Engineering，2015，102：714－721．
［19］ Chen X，Zhang H，Chen X，et al．Effect of dust explosion suppression by sodium bicarbonate with different granulometric distribution［J］．Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2017．
［20］ 范寶春，謝波，張小和，等．惰性粉塵抑爆過程的實驗研究［J］．流體力學實驗與測量，2001（4）：20－25．Fan Baochun，Xie Bo，Zhang Xiaohe，et al．Experimental research on explosion suppression by inert particles［J］．Experiments and Measurements in Fluid Mechanics，2001（4）：20－25．
［21］ 陳振豪，倪文娟，邱根躍，等．碳酸氫鈉干粉滅火機理的研究［J］．消防科技，1985（3）：20－23．
［22］ 左前明，程衛(wèi)民，湯家軒．粉體抑爆劑在煤礦應用研究的現狀與展望［J］．煤炭技術，2010，29（11）：78－80．Zuo Qianming，Cheng Weimin，Tang Jiaxuan．Current status and prospects of application and research of powder coal mine explosion suppression agent［J］．Coal Technology，2010，29（11）：78－80．
［23］ 任一丹，劉龍，袁旌杰，等．粉塵爆炸中惰性介質抑制機理及協同作用［J］．消防科學與技術，2015，34（2）：158－162．Ren Yidan，Liu Long，Yuan Jingjie，et al．Inhibition mechanisms and synergy effects of solid inerrtants in dust explosion［J］．Fire Science and Technology，2015，34（2）：158－162．
Effects of inerting agent with different particle sizes on the flame propagation of aluminum dust
Chen Xi1，Chen Xianfeng1，Zhang Hongming1，Liu Xuanya2Zhang Ying1，Niu Yi1，Hu Dongtao1
（1．School of Resources ＆Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，Hubei，China；2．Key Laboratory of Building Fire Protection Engineering and Technology of MPS，Tianjin 300381，China）
To explore the influence of the inerting agent with different particle sizes on the flame propagation of the combustible industrial dust，by establishing a vertical dust combustion pipe experiment platform，we investigated the effects of the particle size of sodium bicarbonate on the characteristics of the burning flame propagation of aluminum powder．The results show that，under the condition of 30%mass fraction of sodium bicarbonate，the sodium bicarbonate powder with an average particle size of 30μm has a good inhibitory effect on the flame propagation speed of aluminum powder with an average particle size of 15μm，and there exists a correlation between the particle size of the inerting powder and the combustible industrial dust．The inerting inhibiting effect of sodium bicarbonate powder on the flame temperature of aluminum is inversely proportionate to its particle size．It was found that sodium bicarbonate powder can decrease the thickness of the preheating zone of aluminum powder flame，which decreases at first and then increases with the increase of the particle size of the sodium bicarbonate．Finally，we also examined the mechanism underlying the influence of sodium bicarbonate particle size on the flame propagation of aluminum powder．
inerting agent；particle size；aluminum powder；burning；flame propagation
O381國標學科代碼：13035
A
10．11883／1001－1455（2017）04－0759－07
（責任編輯 王 影）
2015－11－24；
2016－05－03
國家自然科學基金項目（51174153，51374164）；建筑消防工程技術公安部重點實驗室開放課題（KFKT2014ZD03）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金項目（2015－zy－080）
陳 曦（1990－ ），男，碩士研究生；通信作者：陳先鋒，cxf618＠whut．edu．cn。
猜你喜歡
兵器裝備工程學報(2023年9期)2023-10-10 07:24:26
北京航空航天大學學報(2022年7期)2022-08-06 07:28:28
科技信息·學術版(2021年21期)2021-11-24 07:21:37
現代臨床醫(yī)學(2021年6期)2021-11-20 06:34:30
心理研究(2019年1期)2019-12-14 06:04:58
火工品(2019年1期)2019-04-29 03:03:44
作文周刊·小學一年級版(2018年13期)2018-05-22 11:42:50
上海師范大學學報·自然科學版(2018年3期)2018-05-14 13:47:10
北京理工大學學報(2016年7期)2016-11-25 05:44:11
山西化工(2015年1期)2015-08-15 00:50:11
