木粉爆炸最大压力预测模型的修正

摘要

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。