典型粮食粉尘火焰传播特性及气相惰化抑制实验研究

摘要

近年来，工业可燃性粉尘在各个行业领域的产生及其应用越来越广泛，而粮食粉尘特别是小麦淀粉是爆发粉尘爆炸事故较多的粉尘种类之一，其爆炸危险性始终威胁着小麦淀粉的生产的各个环节，严重制约着行业的安全生产与可持续发展。开展淀粉粉尘的火焰传播特性及其惰化抑制研究，对于此类粉尘爆炸事故的防治以及安全救援具有重要的科学指导意义。 论文选取小麦淀粉为研究对象，以气相惰化条件下的小麦淀粉粉尘的火焰传播特性实验研究作研究主线。研究搭建了气体惰化条件下竖直粉尘爆炸燃烧管道实验平台，实验过程中采用高速摄影仪采集粉尘火焰在管道中的传播过程，采用自制的精细热电偶对粉尘火焰的温度特性参数进行监测记录。实验对空气氛围下和氮气惰化氛围下小麦淀粉粉尘火焰的传播特性，以及粉尘云质量浓度和粉尘粒径条件对其作用影响等开展了实验研究，并对两种氛围下的小麦淀粉粉尘火焰传播特性进行对比分析并探究其作用机理。具体如下： （1）空气氛围下，粉尘火焰前锋距点火电极的距离呈“S”型曲线上升，粉尘火焰传播速度曲线呈“正态分布”曲线状，综合分析粉尘火焰的传播可以划分为粉尘着火阶段、粉尘火焰的加速阶段和减速阶段三个阶段；结合粉尘火焰前锋局部的微观图像，及其惰化条件下的火焰传播图像，可以将粉尘火焰划分为三个区域，即未燃区、气相燃烧区以及两相燃烧区； （2）氮气惰化条件下，实验测得0.200～0.600 kg/m3粉尘云质量浓度的小麦淀粉粉尘的着火极限氧浓度为16.90%，0.700 kg/m3粉尘云质量浓度的小麦淀粉粉尘的着火极限氧浓度为17.11%； （3）氮气惰化条件下，粉尘云质量浓度和粉尘粒径不变，随着氧浓度的降低，粉尘火焰传播的三个阶段都受到抑制，粉尘火焰发光强度逐渐降低，火焰中的白色亮斑区域面积逐渐减小，粉尘火焰传播速度以及最高火焰温度均逐渐降低，且在氧浓度由21.00%下降至19.95%时降低幅度最大； （4）氮气惰化条件下，粉尘粒径不变，同一氧浓度下，随着粉尘云质量浓度的增加，粉尘火焰的发光强度先增大后逐渐减小，粉尘火焰的分层逐渐增大，粉尘火焰的最大传播速度先增大后逐渐减小，在粉尘云质量浓度达到0.500kg/m3时，达到最大火焰传播速度，粉尘火焰的最高火焰温度先逐渐增大后减小；随着氧浓度的降低，这一变化趋势依然存在，但粉尘最大火焰传播速度的变化范围逐渐变小，粉尘火焰最高温度逐渐降低； （5）氮气惰化条件下，粉尘云质量浓度不变，相同氧浓度下，粉尘火焰发光强度随着粉尘粒径的减小逐渐增大，粉尘最大火焰传播速度逐渐降低，在氧浓度由21.00%下降至18.90%时降低幅度最大，粉尘最大火焰传播速度随粉尘粒径的减小逐渐增大，但随着氧浓度的降低，这一增大幅度也是逐渐降低；该条件下的粉尘火焰的最高火焰温度变化与粉尘的最大火焰传播速度变化类似，同一氧浓度下，粉尘火焰的最高火焰温度随粉尘粒径的减小先逐渐增大后减小，但随着氧浓度的降低，这一变化的幅度也是逐渐降低。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容和方法

1.4论文研究技术路线

第2章 实验平台搭建

2.1引言

2.2粉尘燃烧实验系统

2.3实验材料准备

2.4本章小结

第3章 空气氛围下小麦淀粉粉尘火焰传播特性

3.1引言

3.2实验步骤及实验条件

3.3粉尘云质量浓度测量

3.4小麦淀粉粉尘火焰火焰传播过程分析

3.5粉尘云质量浓度对粉尘火焰传播特性的影响

3.6粉尘粒径对粉尘火焰传播特性的影响

3.7本章小结

第4章 气体惰化条件下小麦淀粉粉尘火焰传播特性

4.1引言

4.2实验步骤及实验条件

4.3不同氧浓度对粉尘着火燃烧特性影响

4.4不同氧浓度对粉尘火焰传播特性的影响

4.5不同氧浓度下粉尘质量浓度对粉尘火焰传播特性的影响

4.6不同氧浓度下粉尘粒径对粉尘火焰传播特性的影响

4.7本章小结

第5章 结论与展望

5.1主要研究结论

5.2下一步工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

参与的科研项目