气流输送条件下容器-管道系统粉尘爆炸压力与火焰传播的理论预测模型研究

本文推荐：该研究构建了气流输送条件下容器-管道系统粉尘爆炸压力与火焰传播的理论预测模型，通过实验验证了初始湍流（turbulence）与火焰形态（如泪滴形火焰teardrop-shaped flame）对爆炸压力上升（pressure rise）和管道压降（pressure drop）的动态影响，为工业粉尘爆炸防护技术（如泄爆venting、抑爆suppression）提供了关键理论支撑。

　　

Highlight

气流输送条件下容器-管道系统的粉尘爆炸风险最高出现在高湍流脉动速度（high turbulent fluctuation velocity）和中心点火（central ignition）工况。实验表明，初始湍流会显著影响压力与火焰的相互作用，容器内火焰发展受湍流和不稳定加速效应驱动，由此建立了基于三区爆炸模型（three-zone explosion model）的压力上升方程。

Influence of airflow velocity and dust concentration on explosion pressure

湍流脉动速度（ν’_vessel）是容器内粉尘爆炸压力的关键影响因素。当粒径D_p=80?mm、ν’_vessel=0.43?m/s时，不同粉尘浓度下的爆炸压力曲线显示：随着浓度增加，压力峰值（P_max）呈现先升后降趋势，表明存在最优爆炸浓度阈值。

Analysis and assumptions of the model

如图10所示，火焰发展可分为三阶段：1）容器内粉尘燃烧导致压力缓升，管道摩擦压降（frictional pressure loss）主导；2）压力差驱动未燃颗粒进入管道，火焰形态演变为泪滴形（teardrop-shaped）；3）火焰沿管道传播时产生非约束泄放效应（unconstrained venting effects）。

Conclusion

该模型通过输入可测流场特征和粉尘参数，能有效预测气流输送条件下容器-管道系统的爆炸压力瞬变（pressure transients）和火焰进程（flame progress），为抑爆系统（suppression systems）的优化部署提供物理基础。