木質粉塵燃爆的熱力學自洽動力學模型

摘要：基于熱力學定律以及燃燒化學反應動力學,考慮反應生成物所帶來的熱力學效應和木質粉塵的吸熱效應,構建了木質粉塵燃爆的熱力學自洽動力學理論模型。利用該模型對不同粒徑和不同濃度的木質粉塵燃爆試驗數據進行了模擬仿真,并與已有理論模型進行了對比。結果表明,在20 L爆炸球內反應生成物以及木質粉塵的吸熱均隨溫度的升高迅速增加,最大爆炸壓力值隨之降低;采用本理論模型計算得到的最大爆炸壓力與試驗測量數據高度吻合,成功解決了已有模型存在的問題。此外,利用本理論模型計算了20 L爆炸球內氣體的分子間距。在整個爆炸過程中,氣體分子間距與分子直徑的比值處于10.6~11.2區間內,即分子間距一直保持在分子直徑的10倍以上,滿足理想氣體模型對氣體分子間距的要求,充分證實了本研究所構建理論模型的熱力學自洽性。本研究結果對除塵器、加料倉及傳輸管道泄爆面積的計算,以及相應隔爆裝置的選擇,對加工設備表面及管道內壁的熱傳感器和火花探測器的選擇均有重要意義,對纖維板生產線中粉塵易爆設備的防爆和減災技術研發具有理論指導價值。