分叉结构管道内粉尘爆炸传播特性研究

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随着工业粉体技术的发展,粉尘爆炸成为主要事故类型之一。其中由除尘器发生初始爆炸后沿除尘管网传播到室内引起二次爆炸的事故占比较多,因此对由除尘器发生初始爆炸并在除尘管网中传播的规律进行研究显得格外重要。本文以东北大学1m3爆炸容器为基础自行搭建了除尘管网模拟系统,以玉米淀粉为介质,利用多通道压力采集系统、火焰速度采集系统以及高速摄像来记录粉尘爆炸在管道内的传播特性。采用实验测试与理论分析相结合的方法,研究了粉尘爆炸在不同布局分叉结构管道内的传播规律。结论如下:(1)研究了分叉结构与爆炸容器距离对粉尘爆炸传播的影响。当分叉结构与爆炸容器距离2.9m时,超压峰值传播规律受分叉结构支管开启状态的影响。分叉结构支管全开启时,超压峰值随着传播距离的增加一直降低;当分叉结构支管单侧开启时,超压峰值呈现先减小再增大然后继续衰减的趋势。随着二者距离的增加,超压峰值不受分叉结构开启状态的影响,呈现先降低再增加然后再次降低的趋势。当二者距离5.7m时,超压峰值随着传播距离的增加一直降低。分叉结构与爆炸容器距离不同时火焰传播速度虽均呈现一直增加的趋势,但是分叉结构前后火焰传播速度的增加幅度随着两者之间距离的增加而增加且均小于直管。火焰前沿到达时间满足一元三次函数t=A+B1x+B2x2+B3x3。分叉结构与爆炸容器距离4.3m时外部火焰长度、持续时间明显大于其他工况。(2)研究了不同分叉结构间距下的粉尘爆炸,揭示了分叉结构间距对粉尘爆炸传播规律的影响。分叉结构间距不同时,超压峰值均随着传播距离的增加先降低再增加然后继续降低,但是随着分叉结构间距的增加,超压峰值出现增加的位置变近。分叉结构间距不同时,火焰前沿速度均随着传播距离的增加一直增加,但当分叉结构间距1.4m时,火焰速度增加幅度先减小再增加且小于直管。随着分叉结构间距的增加,火焰速度增加幅度呈一直上升趋势且出现大于直管的情况。火焰前沿到达时间同样满足一元三次函数t=A+B1x+B2x2+B3x3。当分叉结构间距为1.4m且分叉结构支管单侧开启时,发现了明显的“二次火焰”现象。(3)研究了分叉结构数量对粉尘爆炸传播的影响。单个分叉结构时,其传播规律受分叉结构支管开启状态的影响。随着分叉结构数量的增加,超压峰值的传播规律不受分叉结构支管开启状态的影响均为先降低再增加然后继续降低的趋势,但出现增加的位置随着分叉结构数量的增加而变近。当分叉结构数量为3时,其变化幅度明显小于其他工况。当分叉结构支管全开启时,外部火焰长度、持续时间随着分叉结构数量的增加而减小;当分叉结构支管单侧开启时,两节分叉结构的外部火焰持续时间显著增加。(4)研究了分叉结构不同布局对泄压效果的影响。发现管道内的最大超压峰值均出现在管道前1/2处且均小于爆炸容器内。分叉结构支管单侧开启时泄压效果要强于全开启。分叉结构距离爆炸容器越近泄压效果越好,但是泄压效果并不是随着分叉结构数量的增加而增加,当分叉结构数量为3时泄压效果最好,同时泄压效果还受到分叉结构间距的影响。本文对由爆炸容器内初始爆炸在分叉结构管道内的传播规律进行了探究,希望能够对带有类似结构的除尘管道的安全设计以及事故预防提供支持。
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