带电粉体料仓静电放电临界归一化填充时间研究与尺度放大分析

本文通过有限元方法模拟了考虑电荷耗散的料仓电场分布，揭示了不同休止角下电场强度变化规律，首次提出防止静电放电的临界归一化填充时间（TC）概念，并系统研究了空间电荷密度（ρ）、间隙距离（d）、休止角（α）及高径比（H/D）对其影响。研究发现减小休止角可显著降低放电风险，而料仓尺寸放大时临界参数呈比例增长，为工业料仓防静电设计提供了理论依据。

　　

Highlight

不同粉体休止角下的电场分布

近期研究揭示了归一化填充时间（T）、间隙距离（d）和高径比（H/D）对电场的影响[37]。粉体休止角（α）作为关键参数，显著改变料仓内电场格局。图2显示：较小T值时，增大休止角会直接增强堆料表面最大电场强度（E_max）；而较大T值时，E_max随休止角呈先升后降趋势。这表明电荷密度分布差异导致休止角对电场产生双重调控机制。

临界归一化填充时间的多因素分析

初始空间电荷密度：ρ增加会使料仓内电场强度线性增长，临界归一化填充时间（T_C）同步提升。

间隙距离：T_C随d增大先下降后趋于稳定，临界间隙距离（d_C）处达到平衡。

休止角效应：大休止角工况的T_C值远超小休止角场景，例如α=45°时的T_C比α=30°高约40%。

高径比影响：当H/D处于2–5区间时，不同尺寸料仓在d_C处的T_C值高度一致，体现尺度不变性规律。

Conclusions

空间电荷密度分布差异导致休止角对E_max产生截然不同的调控模式。较小T值时，降低休止角可有效抑制放电风险；而较大T值时需综合控制休止角与电荷松弛过程。研究证实，降低粉体初始质荷比是根治料仓静电危害的核心策略，为工业防爆设计提供了量化依据。