Page 207 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 郭宏泽，等： 基于Box-Behnken响应面的煤尘爆炸强度多因子耦合效应的实验研究 第 8 期

(a) (b) (c)

50 50 50
p max /(MPa·s −1 ) 40 p max /(MPa·s −1 ) 40 p max /(MPa·s −1 ) 40
30
30
30
20
20
20
. 10 . 10 . 10
180 400 34.4 400 6.0 400
150 350 33.0 350 5.5 350
119 300 −3 ) 31.5 300 −3 ) 5.0 300 −3 )
89 250 30.1 250 4.5 250
58 200 28.6 200 4.0 200
D/μm ρ/(g·m w/% ρ/(g·m E/kJ ρ/(g·m
(d) (e) (f)
50 50 50
p max /(MPa·s −1 ) 40 p max /(MPa·s −1 ) 40 p max /(MPa·s −1 ) 40
30
30
30
20
20
20
. 10 . 10 . 10
60 200 60 4.0 180 60
70 250 70 4.5 150 70
80 300 ) 80 5.0 119 80
90 350 −3 90 5.5 89 90
t d /ms ρ/(g·m t d /ms E/kJ D/μm t d /ms
100 400 100 6.0 58 100
(g) (h)
50 50
p max /(MPa·s −1 ) 40 p max /(MPa·s −1 ) 40
30
30
20
20
. 10 . 10
60 28.6 28.6 58
70 30.1 30.1 89
80 31.5 31.5 119
90 33.0 33.0 150
100 34.4 34.4 180
t d /ms w/% w/% D/μm
˙ p max 响应曲面图
图 8 响应量
˙ p max response surface plots
Fig. 8 Response value
讨论 [32] 。当煤尘质量浓度从 200 g/m 时增加到 400 g/m 时，58 μm 的煤尘最大爆炸压力明显高于 180 μm
3
3
的煤尘。随煤尘质量浓度增大，初始散布在容器中的煤尘颗粒增多，而小粒径煤尘受重力影响较小，在
点火时仍有较多的煤尘漂浮在点火源周围，被点燃后释放出更多能量。煤尘的最大爆炸压力最高值出
现在煤尘粒径为 58 μm，煤尘质量浓度为 300 g/m 时，此时小粒径煤尘与密闭空间的有限氧气形成的粉
3
尘云充分反应。
如图 7(b) 所示，煤挥发分质量分数与煤尘质量浓度形成的二维等高线图呈圆形分布，表明二者没有
明显的交互作用。
如图 7(c) 所示，最大爆炸压力随点火能量变化的曲线在煤尘质量浓度为 400 g/m 时比 200 g/m 时
3
3
更加陡峭。煤尘质量浓度增加，点火电极附近存在的悬浮煤尘就越多且煤尘颗粒间的距离缩短，能量更
容易在其中传递，煤尘受热后挥发出的易燃性气体更多，点火后粉尘云整体的最大爆炸压力更大。
如图 7(d) 所示，在煤尘质量浓度为 200 g/m 时，最大爆炸压力随点火延迟时间增加而减小，在 400 g/m 3
3
时截然相反，且低质量浓度煤尘的最大爆炸压力受点火延迟影响更为显著。在煤尘质量浓度较低时，通
过两相喷粉阀进行散布的煤尘首先随喷发气流向反应釜上方运动，随后在重力的作用下开始沉降，点火
延迟时间越久，分布在点火电极附近的煤尘粒子越少，间距逐渐增大，阻碍了点燃后形成的火焰进一步
蔓延。而当粉尘云质量浓度大于最佳质量浓度时，有更多的小粒径煤粉可以持续分散在点火电极附近，
所以高质量浓度煤尘最大爆炸压力受点火延迟影响较小，此时最主要的影响因素为容器中的氧含量。

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