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第1章 绪论1

1.1粉尘定义与分类1

1.2粉尘爆炸2

1.2.1粉尘爆炸的特点2

1.2.2粉尘爆炸发生的条件5

1.2.3粉尘爆炸的表征参数6

1.2.4粉尘爆炸的影响因素8

1.2.5粉尘爆炸的防护技术9

1.3金属粉尘14

1.3.1金属粉尘的来源14

1.3.2金属粉尘的物化特性15

1.3.3金属粉尘颗粒的燃烧特性15

1.3.4金属粉尘爆炸的特点20

1.3.5金属粉尘爆炸的常见点火源22

1.4金属粉尘着火爆炸特性的研究现状24

1.4.1粉尘层最低着火温度研究现状24

1.4.2粉尘云最低着火温度研究现状25

1.4.3粉尘云最小点火能研究现状29

1.4.4粉尘云最大爆炸压力、最大压力上升速率研究现状39

1.4.5纳米金属粉体燃爆特性的研究现状44

参考文献48

第2章 粉尘爆炸特性参数测试与标准55

2.1粉尘层最低着火温度55

2.1.1测试原理55

2.1.2测试装置56

2.1.3着火判据59

2.1.4测试方法59

2.1.5数据处理60

2.1.6应用60

2.2粉尘云最低着火温度62

2.2.1测试原理62

2.2.2测试装置63

2.2.3测试方法69

2.2.4数据处理69

2.2.5应用69

2.3粉尘爆炸下限70

2.3.1测试原理70

2.3.2测试装置71

2.3.3测试方法71

2.3.4应用72

2.4粉尘云最小点火能72

2.4.1测试原理72

2.4.2测试装置73

2.4.3测试方法76

2.4.4应用76

2.5最大爆炸压力、最大压力上升速率及爆炸指数77

2.5.1测试原理77

2.5.2测试装置78

2.5.3测试方法80

2.5.4应用80

2.6测试标准81

2.6.1爆炸特性参数的国内外测试标准81

2.6.2相关测试标准及行业标准82

2.7本书研究所涉及物质85

2.7.1镁粉85

2.7.2钛粉87

参考文献93

第3章 热表面作用下粉尘层的着火理论与实验95

3.1粉尘层表面受热的抽象物理模型95

3.2粉尘层温度分布假设模型96

3.2.1 Semenov/Frank-Kamenetskii模型96

3.2.2 Thomas假设模型98

3.3粉尘层内温度分布理论模型98

3.3.1理论模型与守恒方程98

3.3.2边界条件及初始条件99

3.4无量纲处理99

3.5计算方法100

3.5.1偏微分方程分类形式100

3.5.2划分网格101

3.5.3守恒方程的离散102

3.5.4初边值条件的离散102

3.5.5离散方程的通用形式103

3.5.6代数方程组求解104

3.6守恒方程的放热源项104

3.6.1空气条件下的化学反应放热速率104

3.6.2惰化条件下的化学反应放热速率105

3.7计算参数及过程111

3.8层内温度分布的数值计算与实验验证113

3.8.1最高温度限值时的层内温度变化113

3.8.2粉尘层着火的临界热板温度115

3.8.3层内着火过程分析119

3.8.4气相惰化条件下的临界热板温度123

3.8.5粉体混合物的临界着火温度127

参考文献130

第4章 金属粉尘云表面受热着火理论132

4.1输运状态粉尘云表面受热的着火理论132

4.1.1着火模型的构建方法132

4.1.2输运状态下的气-粒两相运动133

4.1.3输运状态下气-粒两相能量守恒136

4.1.4粉尘云着火判据138

4.1.5能量守恒方程的求解139

4.2热爆炸理论模型141

4.3瞬时温度模型与热爆炸理论模型对比分析143

4.3.1粉尘云最低着火温度的计算结果143

4.3.2瞬时温度模型的参数敏感性分析145

4.4悬浮状态下粉尘云颗粒的着火理论148

4.4.1悬浮状态下粉尘云的能量守恒148

4.4.2悬浮状态下粉尘云颗粒温度的计算151

4.4.3悬浮状态下粉尘云最低着火温度的影响因素分析154

4.5微纳米金属粉尘云最低着火温度的差异156

4.5.1微纳米颗粒的形态差异156

4.5.2纳米钛粉尘云的能量守恒方程式159

4.5.3基于云着火理论的纳米团块尺寸估计方法160

4.6微纳米钛粉混合物的着火理论164

4.7微米钛粉惰化混合物的着火理论165

4.8纳米钛粉惰化混合物的着火理论166

参考文献167

第5章 电火花作用条件下金属粉尘云的着火理论170

5.1电火花170

5.1.1电火花放电能量的测试171

5.1.2火花放电过程对粉尘浓度的影响172

5.1.3非电气火花172

5.2电火花作用下粉尘云的着火理论模型174

5.2.1粉尘云点火过程分析174

5.2.2模型假设175

5.2.3守恒方程及初边值条件175

5.2.4着火判据177

5.2.5计算方法178

5.2.6模型计算参数的确定181

5.3电火花作用下空间温度模拟计算185

5.3.1火花放电过程模拟185

5.3.2火花作用空间温度分布的影响因素186

5.3.3电火花作用下粉尘云的空间温度分布192

5.4最小点火能的模拟计算与实验验证195

5.4.1粒径对最小点火能的影响195

5.4.2粉尘浓度对最小点火能的影响202

5.4.3电感对最小点火能的影响204

5.4.4惰化介质对最小点火能的影响207

参考文献215

第6章 密闭容器中金属粉尘云的压力发展217

6.1低沸点金属粉尘在密闭容器中的爆炸压力发展模型217

6.1.1模型假设217

6.1.2爆炸过程的物料衡算217

6.1.3能量衡算220

6.1.4压力发展过程220

6.1.5压力上升速率的影响因素221

6.1.6猛度参数计算程序222

6.2低沸点金属粉尘的爆炸压力发展过程223

6.2.1爆炸压力发展过程223

6.2.2理论猛度参数的敏感性分析225

6.2.3气相惰化气氛对猛度参数的影响227

6.3高沸点金属粉尘在密闭容器中的爆炸压力发展模型231

6.3.1模型假设与物料衡算231

6.3.2物料平衡232

6.3.3模型计算参数与计算程序232

6.4高沸点金属粉尘的爆炸压力发展过程233

6.4.1微米金属粉尘的爆炸压力发展过程233

6.4.2纳米金属粉尘的爆炸压力发展过程236

6.5高沸点金属爆炸猛度参数的敏感性分析241

6.5.1粒径对爆炸猛度参数的影响241

6.5.2粉尘浓度对钛粉爆炸猛度参数的影响247

6.6微纳米金属粉尘的可爆性247

6.6.1微纳米金属粉尘的最低可爆浓度247

6.6.2粉末惰化介质对可爆性的影响249

参考文献252

附录254

附录A粉尘云能量守恒方程的无量纲化254

附录B BAM炉喷吹分散压力估算256

附录C密闭容器内爆炸物质转化率的计算257

索引258