典型工业粉尘爆炸火焰微观结构特性及灾变演化机理

近年来，国内外粉尘爆炸事故频发并造成重大灾难和损失，严重制约着相关行业的安全生产与可持续发展。本研究针对粉尘爆炸动力学过程，采用高速光学纹影系统与精细测量手段对粉尘火焰流场结构及其演化过程进行实验研究，探索粉尘爆炸过程中的气固两相动力学行为、粉尘火焰发展及演化规律、流场微观结构特性及其转变机理等；从物理力学与微观的热动力学层次，结合化学反应动力学，研究粉尘爆炸过程中的微观结构及灾变演化机理，揭示气固两相流火焰结构演化过程及其突变规律，并建立相应的粉尘火焰微观动力学结构模型；本研究有助于更好地揭示粉尘爆炸火焰结构演化的物理本质及其灾变机理，从而为预防和控制粉尘爆炸灾害提供理论依据和实验数据。

粉尘爆炸火焰的产生与传播是造成粉尘爆炸灾害的重要因素。因此研究典型工业粉尘爆炸火焰的微观结构变化及其灾变演化机理，形成有效的粉尘爆炸防治技术，具有重要的学术价值及应用背景。本课题以典型工业粉尘（煤粉、玉米淀粉、铝粉）爆炸火焰作为研究对象，利用理论分析、实验研究及数值模拟相结合的方法，分别研究了三种粉尘爆炸火焰的微观结构特征的演化与突变行为，揭示气相火焰与固相火焰组成的复合火焰结构以及火焰阵面结构与形状的变化过程；采用同步热分析方法对可燃粉尘粒子热动力学特性进行分析，揭示可燃气相的析出条件与热释放规律；结合高速摄影解析气固两相流火焰结构及其演化特征，构建了气固两相流火焰耦合作用结构模型；系统研究粉尘爆炸火焰传播动力学行为特征及其内在机理，利用微细热电偶和离子电流探针等精细热力学手段，从粉尘种类、粉尘粒径、粉尘云浓度等因素对火焰阵面温度分布和反应特性等方面进行综合研究，获得不同粉尘爆炸过程中火焰加速与突变行为，定量描述火焰传播特性规律。本课题的开展为预防和抑制工业粉尘爆炸提供了理论保障和实验依据，有助于丰富和完善了粉尘爆炸及其热灾害的理论。