Page 193 - 《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

（C H 9 ⇌ C H +C H ）吸热所致。进入第 2 阶段后，铝核发生爆炸反应，反应空间内温度急剧升高，且在爆
2
4
4
5
2
炸初始阶段，高浓度的 SA@Al 爆炸温度逐渐反超低浓度下 SA@Al 的爆炸温度，由图 13 可知，是由于
R2（Al+O 2 ⇌ AlO+O）、R11（Al O ⇌ AlO+Al）和 R10（AlO 2 ⇌ AlO+O）在此时间段内的温度敏感性系数迅速
2
提升，且其开始反应时间随粉尘浓度增大而不断提前所致，可见此时粉尘浓度越高，SA@Al 中硬脂酸燃
烧所起的预热作用越强，可以极大程度地促进铝的初步氧化燃烧。在快速升温阶段，粉尘浓度越大，温
度上升越快，反应温度越高，当粉尘浓度超过 750 g/m 时，随粉尘浓度的增加，由于氧含量的限制，温度
3
上升速率基本不变。

0.25 Al 0.20 Al
0.20
Mole fraction/% 0.15 O 2 O Mole fraction/% 0.15 O 2 AlO O Al 2 O 3 (l)

0.10
0.10
0.05 AlO Al 2 O 3 (l) 0.05 C 2 H 4 Al 2 O CO 2 H 2 O
Al 2 O H
0 0
C 2 H 3 Al 2 O 2 H 2
10 −10 10 −8 10 −6 10 −4 10 −15 10 −12 10 −9 10 −6
Time/s Time/s
(a) Al (b) 10% SA@Al
图 11 Al 和 10% SA@Al 粉尘爆炸火焰中主要物质的摩尔分数分布
Fig. 11 Mole fraction distribution of major components in the explosion flame of Al and 10% SA@Al dust

250 g/m 3 StepⅡ StepⅢ 4 500 250 g/m 3 StepⅡ StepⅢ
4 500 500 g/m 3 500 g/m 3 3 Temperature
750 g/m 3 750 g/m reversal point
1 000 g/m 3 4 000 1 000 g/m 3
4 000
2 900
Temperature/K 3 500 2 750 Temperature/K 3 500 Temperature/K 2 700
2 800
2 600
2 500
2 400
3 000
2 300
2×10 −9
3 000
2 650
StepⅠ
2 600
StepⅠ Temperature/K 2 700 10 −9 Time/s 4×10 −9
2 550
2 500 2 500 2 500
2 450
0.8×10 −9 1.2×10 −9 1.6×10 −9 2.0×10 −9 2 000
2 000 Time/s
10 −11 10 −10 10 −9 10 −8 10 −7 10 −6 10 −5 10 −15 10 −13 10 −11 10 −9 10 −7 10 −5
Time/s Time/s
(a) Al (a) 10% SA@Al
图 12 Al 和 10% SA@Al 粉尘爆炸温度随时间的变化曲线
Fig. 12 Variation curves of explosion temperature for Al and 10% SA@Al dust
随着爆炸的进行，约 10 s 时进入第 3 阶段，在缓慢升温阶段，对温度上升贡献最大的化学反应为
−7
R5（Al O ⇌ Al O +O），对温度下降起主要作用的是 R11（Al O ⇌ AlO+Al）。在此阶段，粉尘浓度为 250 和
2 3 2 2 2
500 g/m 的 3 SA@Al 的温度上升速率均有所下降，且粉尘浓度为 500 g/m 的 3 SA@Al 的升温速率减小更明
显 ， 由 图 13 可 知 ， 这 是 由 于 R5 的 反 应 强 度 减 弱 所 致 ， 但 最 终 平 衡 温 度 较 粉 尘 浓 度 为 250 g/m 的
3
SA@Al 更高，归因于快速升温阶段，粉尘浓度为 500 g/m 的 3 SA@Al 达到的反应温度更高。粉尘浓度为
750 g/m 的 3 SA@Al 的温度变化趋势与 500 g/m 的 3 SA@Al 相近，但由于粉尘浓度增大使得 O 自由基相对
不足，以及未燃反应物的吸热，粉尘浓度为 750 g/m 的 3 SA@Al 在缓慢升温阶段 R5 的敏感度更低，反应
温度逐渐低于粉尘浓度为 500 g/m 的 3 SA@Al。粉尘浓度为 1 000 g/m 的 3 SA@Al 升温趋势在这一阶段减
缓最明显，过高的粉尘浓度下氧气更显匮乏，O 自由基严重不足，燃烧更不充分，粉尘浓度为 750、500 和
−7
3
−7
250 g/m 的 3 SA@Al 爆炸温度分别于 1.0×10 、2.2×10 和 2.3×10 s 时超过粉尘浓度为 1 000 g/m 的
−6
095401-10