乙烯/聚乙烯两相体系爆炸特性

基于改进的20 L球形爆炸装置,实验测量了乙烯/聚乙烯两相体系爆炸特性参数,系统地分析了两相体系爆炸下限和爆炸强度变化规律,并对比分析了乙烯、聚乙烯和乙烯/聚乙烯3种体系爆炸强度之间的关系。结果表明:乙烯诱导聚乙烯最小爆炸浓度显著降低,低于爆炸下限的乙烯气体与低于最小爆炸浓度的聚乙烯混合后仍具有爆炸危险性。向不同浓度的聚乙烯粉尘中添加乙烯后,爆炸压力pex和压力上升速率(dp/dt)ex均显著提高,但增幅随粉尘浓度的增大而减小。乙烯/聚乙烯两相体系最大爆炸压力pmax和爆炸指数Kst均随乙烯浓度的增大而增大,但不同乙烯浓度下的两相体系最大爆炸压力pmax和爆炸指数Kst均大于单相聚乙烯粉尘,小于单相乙烯气体。     

聚磷酸铵抑制PMMA粉尘爆炸特性研究

为研究聚磷酸铵(APP)对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉尘爆炸的抑制特性,从最大爆炸压力P_ex、最大爆炸压力上升速率(dP/dt)_ex、最小点火能量(MIE)和最小点火温度(MIT)等多方面分析了APP对PMMA粉尘爆炸特性的影响。结果表明,APP可有效降低PMMA粉尘最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率,并延迟最大爆炸压力峰值到达时间;对于不同浓度PMMA粉尘的MIE,APP均有显著的抑制效果,且存在临界抑制浓度配比1∶1,在该浓度配比条件下PMMA粉尘很难通过静电点火;对于不同浓度PMMA粉尘的MIT,APP同样均具有一定抑制作用,且相同浓度配比条件下,抑制作用随PMMA浓度的增大而增大。此外,结合APP和PMMA热特性及红外光谱分析结果,分析了APP抑制PMMA粉尘爆炸机理。     

粉末涂料爆炸特性研究

为探究粉尘浓度对不同粉末最大爆炸压力、最小着火能量、爆炸下限等爆炸参数的影响，在 1. 2 L Hartmann管实验装置中开展了 3类粉末涂料爆炸特性实验研究，同时结合扫描电镜和粒径分析了不同粉末涂料爆炸的危险性。结果表明：黑水纹样品粉尘爆炸危险性最强，最大爆炸压力达 0. 742 MPa，爆炸下限为 25 g/m³最小着火能量在 18~28 mJ范围内；黑砂纹样品粉尘爆炸危险性相对较低，爆炸下限为 75 g/m³其中样，品 1最大爆炸压力为 0. 604 MPa，最小着火能量于 35~45 mJ范围内，样品 2最大爆炸压力为 0.6，43 MPa，最小着火能量于 91~101 mJ范围内。 3类粉末涂料爆炸最危险浓度比较接近，黑水纹样品、黑砂纹样品粉尘爆炸的最危险浓度为 800 g/m³，闪银样品为 600 g/m³。     

硫磺粉尘燃爆危险性研究

为预防硫磺粉尘的燃爆危险性,测试了硫磺的自燃温度、自热特性、热稳定性、最小点火能、爆炸下限质量浓度、爆炸压力和爆炸指数,根据实验结果对硫磺粉尘危险性做了分级。结果表明,随着粒径的减小,硫磺粉尘的自燃温度、最小点火能和爆炸下限质量浓度相应降低,爆炸压力和爆炸指数则升高;70 μm以下粒径的硫磺粉尘的自燃温度（AIT）为220 ℃,最小点火能（MIE）为0.14 mJ,爆炸下限质量浓度（MEC）为17.5 g/m3,最大爆炸压力（pmax）为1.15 MPa,最大爆炸指数（Kmax）为39.87 MPa·m/s,因此燃爆危险性最高;450 μm以下粒径的硫磺粉尘爆炸危险性等级均为St3级。     

硫磺粉尘爆炸特性研究

为研究硫磺粉尘爆炸危险性,采用哈特曼管式爆炸测试装置与20 L球爆炸测试装置对常温常压下不同粒径的硫磺粉尘爆炸特性参数进行了测试和评估,得到了不同粒径硫磺粉尘的最小点火能、爆炸下限质量浓度和爆炸指数,根据实验结果对硫磺粉尘危险性进行了分级。结果表明,70~850 μm不同粒径的硫磺粉尘最小点火能在0.144~125 mJ,且随着粒径的减小而降低;45~375 μm不同粒径的硫磺粉尘爆炸极限质量浓度在15~20 g/m3,且随着粉尘粒径的减小而降低;45~375 μm不同粒径的硫磺粉尘最大爆炸指数在34.46~39.87 MPa·m/s,且随着粒径的减小而增大,其粉尘爆炸危险性等级为St3。     

HDPE粉尘一次及二次爆炸特性研究

为研究高密度聚乙烯(HDPE)粉尘的爆炸特性,采用20 L球粉尘爆炸装置,对5种不同粒径的HDPE粉尘进行实验,分析粉尘质量浓度、喷粉压力和粒径大小对HDPE粉尘一次爆炸与二次爆炸最大爆炸压力及其上升速率的影响,并对两者进行了对比分析.结果表明:随着粉尘质量浓度从225 g·m-3增加到375 g·m-3,HDPE粉尘一次和二次爆炸的最大爆炸压力及其上升速率均先增大后减小;随着粉尘粒径从18μm增加到75μm,HDPE粉尘一次和二次爆炸的最大爆炸压力及其上升速率同样先增大后减小;随着喷粉压力从0.5 MPa增加到3.0 MPa,HDPE粉尘一次和二次爆炸的最大爆炸压力及其上升速率均先降低后上升;HDPE粉尘二次爆炸最大爆炸压力及其上升速率与一次爆炸时相比均较小.     

聚碳硅烷粉尘爆炸特性研究

聚碳硅烷是应用于航天、航空等尖端技术中的高性能新型材料之一,对于聚碳硅烷粉尘的火灾爆炸特性还未有相关研究报告。按照相应国家测试标准,采用20 L球形粉尘爆炸测试实验系统,测定得出聚碳硅烷粉尘最大爆炸压力为0.872 MPa,最大爆炸压力上升速率为120 MPa/s,最大爆炸指数为32.57 MPa·m/s。与《工贸行业重点可燃性粉尘目录》(2015版)中明确有最大爆炸压力、最大爆炸指数的44种粉尘相比,聚碳硅烷粉尘最大爆炸压力不算大,但最大爆炸指数较大,说明聚碳硅烷粉尘爆炸时爆炸压力不算太大,但爆炸时却非常猛烈。     

障碍物数量对油气泄压爆炸特性的影响

为了研究障碍物数量对油气泄压爆炸传播特性的影响,选取了高（2.1%）、中（1.7%）、低（1.3%）3种初始油气浓度,在半开口全透明有机玻璃管道内进行了一系列油气泄压爆炸对比实验。结果表明：①半开口管道内油气爆炸超压曲线存在3个典型的压力峰值p_v、p_max、p_neg;其中p_v的大小只与封口材料破裂常数有关,与障碍物数量无关,而p_max的数值大小和p_neg的绝对值大小随着障碍物数量的增大而增大,但是到达p_max的时间长短不完全由障碍物数量决定;②火焰在传播初期以比较规则的“指尖形”火焰传播,当受到障碍物的扰动之后火焰锋面的规则形状会受到破坏,加快火焰形态从层流到湍流的转捩,并最终在管道外部形成“蘑菇状”火焰,并且管道内障碍物数量越多,这种“蘑菇状”火焰越明显;③障碍物对油气爆炸火焰传播具有显著的加速效应,而且随障碍物数量的增大,这种加速效应越明显,获得的最大火焰速度越大;④油气爆炸过程的爆炸超压和和火焰传播具有正反馈激励的耦合关系,二者在爆炸演变过程中互相促进,这种耦合关系随着障碍物数量的增大体现得越明显。⑤障碍物数量对油气爆炸p_max和火焰传播速度的增大作用在高浓度（2.1%）和低浓度（1.3%）工况下比中间浓度（1.7%）时体现得更加显著。     

不同粒度谷壳糠粉的燃烧特性

为了探索谷壳糠粉的燃烧特性,基于粉尘层和粉尘云实验研究了粒径对其最低着火温度的影响,采用哈特曼管和锥形量热仪测试了不同粒径谷壳糠粉的爆炸下限和热释放性能,利用热重/差式扫描量热仪系统地研究其燃烧特性和燃烧动力学。结果表明：随着谷壳糠粉粒径的减小,其最低着火温度（MIT）和爆炸下限浓度（LEL）降低,但最大爆炸压力P和爆炸压力上升速率均增大。其中粒径为80～96μm样品的爆炸压力为0.9MPa,其粉尘层（5mm及10mm）和粉尘云最低着火温度分别为130℃和430℃,燃烧特性指数S_N达到3.82×10^-7,较粒径为180～1250μm样品提高了57.2%;在307s出现最大释热峰,且最大释热峰值强度增加至62kJ/m²,对应热解过程的反应活化能由35.35kJ/mol（180～1250μm样品）增大至51.15kJ/mol,表明其燃烧过程随粒径的减小由扩散控制转变为动力学控制过程。     

激波诱导下瓦斯浓度对煤尘爆炸压力的影响

运用水平管道气体-粉尘爆炸装置,研究了激波诱导下瓦斯浓度对煤尘爆炸压力的影响,并对多次平行实验的结果进行分析。通过对爆炸压力、爆炸压力上升速率和最小点火能的分析,得出结论,在爆炸下限以下,甲烷的存在增加了煤尘爆炸压力和爆炸压力上升速率,并且降低了煤尘爆炸的最小点火能。     

Dust/gas mixtures explosion regimes

The explosion features of nicotinic acid dust in atmosphere of methane and air at different concentrations of either dust or gaseous fuel are studied. Experimental measurements of the pressure history, deflagration index and flammability limits are performed by the standard 20 l Siwek bomb though adapted for such hybrid mixtures.Data show non linear effect of explosion severity and the synergistic effects when hybrid mixtures explode. Results allow the definition of five different regimes of the gas/dust/air mixture explosion in the plane dust concentration vs. fuel concentration.     

Inhibition of different types of inert dust on aluminum powder explosion

Aluminum powder explosion accidents occurred frequently, but the mechanism of aluminum powder explosion is unclear. Therefore, the inhibitive effect of aluminum powder explosion plays a key role. To evaluate the inhibition capacity of different kinds of carbonates and phosphates: NaH₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, NH₄H₂PO₄, KHCO₃ and NaHCO₃ on aluminum deflagrations, a standard 20-L spherical chamber was used to determine the explosion severity, characterized by the maximum explosion pressure (P_max). New parameters have been proposed: the minimum significant inert concentration (MSIC) and the minimum complete inert concentration (MCIC), which characterized the effect of inert. Experimental results showed that from the minimum significant inert concentration (MSIC) and the minimum complete inert concentration (MCIC), phosphate can have a significant inhibiting effect. 40% NaH₂PO₄ can totally inert the aluminum explosion, and 50% (NH₄)₂HPO₄ or 50% NH₄H₂PO₄ can also suppress the explosion. Through simulation, phosphate mainly acts via a chemical inhibition pathway, which inhibits the reaction of aluminum powder and oxygen by catalyzing the recombination of H atoms and O atoms. Carbonate performs inhibition in chemically, producing CO₂, diluting the oxygen around the aluminum powder. Studies indicated that the explosion pressure of the mixture decreases as the concentration of inert dust increases. However, when the concentration of carbonates was low, SEEP (suppressant enhanced explosion parameter) phenomenon was found. This research work has a potential industrial application in high hazard aluminum working condition, which can help decrease the explosion pressure and reduce the accident loss.     

障碍物位置和油气浓度对油气泄压爆炸特性影响

为研究障碍物位置和油气浓度对油气爆炸特性影响,选取1.3%（低）、1.7%（危险浓度）和2.1%（高）三种初始浓度,进行了多工况油气泄压爆炸对比实验,主要结果为：（1）泄压爆炸超压曲线存在三个典型峰值,其中,泄压峰值p_v大小与障碍物位置无关,负压峰值p_neg的最大绝对值在障碍物与点火头的无量纲距离L_i/L=0.4取得;最大超压峰值p_max最大值在L_i/L=0.4取得（1.7%和2.1%工况）,而1.3%工况在L_i/L=0.6取得;（2）平均升压速率（dp/dt）_ave、爆炸威力指数E_max、最大升压速率（dp/dt）_max和最大爆炸指数K_max的最大值均在L_i/L=0.4取得;（3）在传播初期,火焰呈现较规则的“指尖形”形状,受障碍物扰动后,火焰锋面产生不规则变形,并在管道外部形成“蘑菇状”火焰,当L_i/L=0.2时,“蘑菇状”火焰最明显;（4）最大火焰传播速度S_fmax在L_i/L=0.2取得,并随着L_i/L从0.2升至0.8时,单调递减。上述观测结果表明,障碍物位置和油气浓度对内置障碍物管道中油气爆炸特征参数均具有影响。     

草酸盐和碳酸氢盐抑制聚乙烯粉尘爆炸特性

为研究草酸盐和碳酸氢盐抑制聚乙烯粉尘爆炸特性，选取NaHCO₃、KHCO₃、Na₂C₂O₄和K₂C₂O₄四种粉体，从火焰结构和火焰传播速度两方面分析其对聚乙烯粉尘爆炸的抑制性能，并结合抑爆粉体的理化性质分析抑爆机理。结果表明，四种抑爆粉体均可抑制聚乙烯粉尘爆炸火焰传播，且抑制效果随抑爆粉体浓度增加而增强。相同条件下，抑爆性能KHCO₃>NaHCO₃>K₂C₂O₄>Na₂C₂O₄，即钾盐粉体抑爆性能优于具有相同酸根离子的钠盐，碳酸氢盐粉体抑爆性能优于具有相同金属离子的草酸盐。另外，结合抑爆粉体热解特性测试及爆炸产物分析，探究了四种抑爆粉体的抑爆机理及离子构成带来的抑爆性能差异性原因。     

惰性气体对粉尘爆炸泄放特性影响的实验研究

爆炸泄放和爆炸抑制是工业上降低粉尘爆炸危害性的两个重要手段,同时实现粉尘爆炸抑制和泄放共同作用的效果值得关注。基于标准20 L球形粉尘爆炸装置侧向开泄放口,实验研究不同泄放口径和静态动作压力时CO₂/N₂对石松子粉泄放过程压力的影响,采用热重分析法分析了石松子粉尘分别在CO₂、N₂氛围的热重变化。结果表明,在20 mm泄放口径时,随着CO₂/N₂浓度的增加,泄放压力的降低幅值逐渐增大,且CO₂对粉尘爆炸泄放最大超压的减小效果要优于N₂。泄放压力值随着CO₂浓度的增加基本呈线性降低,当体系中的CO₂和N₂浓度增加到10%时对体系泄放压力值的降低效果开始趋于一致。对于40 mm泄放口径,添加相同浓度的CO₂体系泄放压力值要略低于N₂,降低幅值为6%~8%。对于60 mm泄放口径,CO₂/N₂两者抑制效果差别不大,且在添加浓度不超过8%时对体系泄放压力值的降低幅值影响较小。通过TGA曲线可以发现,在N₂气氛和CO₂气氛的热流条件中,石松子粉的热解过程在370℃左右开始出现明显的差异,CO₂气氛中石松子粉的热解速率要快于其在N₂气氛中的,因此在这个过程中CO₂的存在一定程度上会促进石松子粉的热解,随着热解温度进一步提升,CO₂对石松子粉热解的抑制效果开始逐渐体现。     

Flammability of Vapor–Gas Mixtures C2F4, SO3, and C2F4OSO2

Flammability limits and conditions of flegmatization of vapor–gas mixtures by helium and perfluoropropane are determined. For most mixtures, the maximum pressure of explosion and the maximum growth rate of pressure in explosion are determined. Addition of sulfuric anhydride to tetrafluoroethylene significantly decreases the minimum energy of flammability as compared to pure tetrafluoroethylene but weakly affects the maximum pressure of explosion and pressure growth rate in explosion. It is found that pure vapors of tetrafluoroethanesultone present an explosive hazard, but its mixtures with sulfuric anhydride are most dangerous.     

含双侧分支结构受限空间油气泄压爆炸超压特性与火焰行为

为研究含有双侧分支结构受限空间内油气泄压爆炸超压和火焰演变特性,进行了不同初始油气体积分数工况下含有双侧分支结构受限空间和长直受限空间内的对比实验。研究结果表明： ①爆炸超压曲线会出现3个典型的超压峰值p₁、p₂、p_max,其中p₁的形成与管道开口端密封材料瞬时破裂有关,p₂与分支结构泄压有关,而p_max受管道内部爆炸强度与火焰加速协同效应影响。②分支结构对爆炸超压有强化作用,当油气体积分数在1%～2%区间,爆炸超压强化程度先增强后减小,且在1.4%～1.8%之间最为强烈。③火焰在分支结构处发生显著的弯曲、褶皱变形,这增大了火焰面积,提高了燃烧速率,加速了流场的传热传质效率,诱导爆炸强度的急剧增大,同时提高了火焰传播速度并增大了最大火焰锋面位置。④火焰在含有双侧分支结构的管道内呈现“半球形火焰--指尖形火焰--平面状火焰--浪花状火焰”形态变化。     

Experimental investigation on explosion characteristics of nano-aluminum powder—air mixtures

Explosion characteristics of nano-aluminum powders with particle sizes of 35, 75, and 100 nm are investigated in a 20-liters spherical explosion chamber. Results show that the maximum explosion pressure and the maximum rate of pressure rise mainly depend on the dust concentration. For dust concentrations below 1000 g/m³, the maximum explosion pressure increases gradually to a maximum value with increasing dust concentration. After the dust concentration increases above 1250 g/m³, the maximum explosion pressure starts to decrease. The trends of the maximum rate of pressure rise follow the same pattern with increasing dust concentration. The lower explosion concentration limits of nano-aluminum powders with sizes of 35, 75, and 100 nm are found to be 5, 10, and 10 g/m³, respectively, while the lower explosion concentration limit of ordinary aluminum powders is about 50 g/m³.