木质粉尘燃爆的热力学自洽动力学模型

摘要：基于热力学定律以及燃烧化学反应动力学,考虑反应生成物所带来的热力学效应和木质粉尘的吸热效应,构建了木质粉尘燃爆的热力学自洽动力学理论模型。利用该模型对不同粒径和不同浓度的木质粉尘燃爆试验数据进行了模拟仿真,并与已有理论模型进行了对比。结果表明,在20 L爆炸球内反应生成物以及木质粉尘的吸热均随温度的升高迅速增加,最大爆炸压力值随之降低;采用本理论模型计算得到的最大爆炸压力与试验测量数据高度吻合,成功解决了已有模型存在的问题。此外,利用本理论模型计算了20 L爆炸球内气体的分子间距。在整个爆炸过程中,气体分子间距与分子直径的比值处于10.6~11.2区间内,即分子间距一直保持在分子直径的10倍以上,满足理想气体模型对气体分子间距的要求,充分证实了本研究所构建理论模型的热力学自洽性。本研究结果对除尘器、加料仓及传输管道泄爆面积的计算,以及相应隔爆装置的选择,对加工设备表面及管道内壁的热传感器和火花探测器的选择均有重要意义,对纤维板生产线中粉尘易爆设备的防爆和减灾技术研发具有理论指导价值。