基于20 L球罐的多相混合物扩散模拟

为更好地探索多相混合物的爆炸特性,以铝粉、乙醚、空气为研究对象,基于20 L球型爆炸罐建立三维计算模型,对气固两相和气液固三相混合物的分散过程进行数值模拟,以分析不同多相混合物分散过程的差异,并为测量多相混合物爆炸下限时的点火延迟时间设定提供参考。监测分析铝粉浓度粒子分布、流场内部湍流动能以及液相体积百分数等的演化过程,讨论混合物分散效果的差异,并确定测量爆炸下限的点火延迟时间。研究结果表明:实验工况下,液相的存在会降低粉尘云团的湍流动能、降低其扩散速度,并使粉尘云内部浓度更均匀。测量多相混合物爆炸下限时,三相混合物的最佳点火延迟时间早于气固两相混合物10～20 ms。

20L球内铝粉分散特性研究

为深入研究铝粉分散特性对粉尘爆炸超压的影响,首先通过20 L球爆炸装置进行了不同点火延时的铝粉爆炸实验,然后通过三维计算流体力学方法对20 L球内铝粉的分散特性进行了数值模拟研究。结果表明:1)当铝粉浓度为400 g·m^(-3),点火延时为80 ms时,测得的爆炸超压达到最大值0.94 MPa;2)喷粉过程中20 L球内不同位置的气流速度也有所差别,但随着时间的变化都呈现出先增大后减小的趋势,气流平均速度在阀门打开后5 ms时达到最大值102 m·s^(-1)。以上研究结果对预防铝粉粉尘爆炸事故具有重要的参考价值。

20L球型罐内不同粒径铝粉扩散的数值模拟

20L球型爆炸罐是用于测试粉尘爆炸特性参数的标准装置之一。粉尘颗粒在密闭空间内的运动规律,对于研究粉尘的最佳点火延迟时间段有重要的作用。基于计算流体力学理论,对20L球型罐内的吹粉过程进行了数值模拟,监测了不同粒径的铝粉颗粒在20L球型罐内的分散情况,对比了不同铝粉颗粒粒径在罐内的沉降时间。结果表明:粉尘沉降的时间段随粉尘粒径的增大而减小,颗粒大小超过一定尺寸时,铝粉将不能在密闭空间内均匀扩散。

纳米Fe_(2)O_(3)对温压炸药中铝粉爆炸特性的影响

为提高温压炸药配方的威力,根据铝热反应的基本原理,在温压炸药固相组分中添加纳米Fe_(2)O_(3),探究通过诱导铝热反应的方式来提高炸药威力的新途径。利用20 L柱形爆炸容器在10 kJ点火能量下研究了不同质量比的微米或纳米铝粉与纳米Fe_(2)O_(3)组成的混合体系的爆炸特性。研究发现,随着纳米Fe_(2)O_(3)含量的增大,Al/Fe_(2)O_(3)混合体系的最大爆炸压力和升压速率呈现先增大、后减小的趋势。当纳米Fe_(2)O_(3)质量分数为5.4%时,混合体系的最大爆炸压力最大。随后,在此配比下开展了混合体系粉尘浓度对爆炸特性的影响规律研究。结果表明,随着粉尘浓度的增加,最大爆炸压力先增加、后降低,在质量浓度为400 g/m 3时达到峰值。结合理论分析认为,纳米Fe_(2)O_(3)的加入能够改善温压炸药固相体系的反应活性,且对铝粉的爆炸剧烈程度有促进和抑制的双面作用。