Page 192 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 黄钰雄，等： 硬脂酸包覆铝粉爆炸火焰传播机理研究 第 9 期

20 250 g/m 3 3 3 25 250 g/m 3 3 3
Flame propagation velocity/(m·s −1 ) 15 5 5.77 m/s 5.50 m/s 3 Flame propagation velocity/(m·s −1 ) 15 5 5.98 m/s 1 000 g/m 3
500 g/m
500 g/m
750 g/m
20
750 g/m
1 000 g/m
10
10
Average velocity
Average velocity
5.92 m/s
5.12 m/s
2.17 m/s
1.98 m/s
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 4.95 m/s 20 40 60 80 100 120 140
0
Time/ms Time/ms
(a) Al 24 250 g/m 3 3
(b) 5% SA@Al
Flame propagation velocity/(m·s −1 ) 28 7 8.15 m/s 7.64 m/s 3 3 Flame propagation velocity/(m·s −1 ) 20 8 6.34 m/s 750 g/m 3 3
250 g/m
3
35
500 g/m
500 g/m
3
750 g/m
1 000 g/m
1 000 g/m
16
21
12
14
Average velocity
Average velocity
5.11 m/s
6.39 m/s
4.94 m/s
5.08 m/s
0
0 20 40 60 80 100 120 4 0 1.35 m/s 20 40 60 80 100 120 140
0
Time/ms Time/ms
(c) 10% SA@Al (d) 15% SA@Al
图 10 不同粉尘浓度下 Al、5% SA@Al、10% SA@Al 和 15% SA@Al 粉尘云的爆炸火焰传播速度
Fig. 10 Explosion flame propagation velocity of Al, 5% SA@Al, 10% SA@Al, and 15% SA@Al
dust clouds under different dust concentrations
2.2 SA@Al 粉尘爆炸动力学
为了进一步研究 SA@Al 的爆炸反应动力学机理，通过 CHEMKIN-PRO 软件中的零维闭式均相反应
器（closed homogeneous batch reactor），在 2 500 K 的初温下建立了 10% SA@Al 的爆炸反应动力学模型 [18-19] ，
并对爆炸反应过程中主要物质和自由基摩尔分数的变化规律、温度上升演化趋势及温度敏感度特征进
行了系统分析。
图 11 给出了粉尘浓度为 500 g/m 时 3 Al 和 10% SA@Al 在爆炸过程中主要物质的摩尔分数的变化。
相较于 Al 而言，SA@Al 在 10 s 时开始反应，此时体系中 C H 和 3 C H 等小分子开始生成，同时 H 自由
−16
4
2
2
基逐渐增加，可见此时有机气体开始燃烧，系统内的热导效率增强，引起部分 Al 发生氢化和氧化反应，
−9
2
其含量出现轻微下降。10 −10 s 时铝开始发生氧化反应，10 s 时 Al 和 O 的含量开始快速下降，AlO
和 O 含量逐渐增加，点火发生后，反应更加剧烈，部分 AlO 转化为 Al O 2 和 Al O ，随着反应的进行，燃料
2
2
基本耗尽，AlO、Al O 和 Al O 等中间产物最终均转化为 Al O (l)，与此同时，SA@Al 中残余的有机分子
2
2 2 2 3
在高温下迅速分解并发生复杂的氧化还原反应，最终生成 H 、H O 2 和 CO 气体。
2
2
图 12 展示了不同粉尘浓度下 Al 和 10% SA@Al 在爆炸过程中的温度变化，图 13 呈现了 10% SA@Al
在爆炸过程中的温度敏感度变化。从图 12 可以看出，Al 和 10% SA@Al 在不同粉尘浓度下的爆炸过程
中，温度随时间变化均可分为 3 个阶段：第 1 阶段为初步反应阶段，第 2 阶段为快速升温阶段，第 3 阶段
为缓慢升温阶段。值得注意的是，由于硬脂酸包覆层的存在，10% SA@Al 的第 1 阶段存在明显的温度降
低，并且爆炸反应过程中的自由基种类更丰富。对于 Al 的爆炸反应过程已有较详细和深入的研究，本
文中重点针对 SA@Al 的各阶段温度变化进行分析。第 1 阶段，SA@Al 出现了明显的降温现象，且粉尘
浓 度 越 大 ， 温 度 降 幅 越 大 。 结 合 图 1 3 可 知 ， 降 温 是 由 于 S A @ A l 中 有 机 小 分 子 的 分 解 反 应 R 2 2

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