惰化劑粒徑對(duì)鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙膶?shí)驗(yàn)研究＊

陳 曦，陳先鋒，張洪銘，劉晅亞，張 英，牛 奕，胡東濤

（1．武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430070；2．建筑消防工程技術(shù)公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300381）

惰化劑粒徑對(duì)鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙膶?shí)驗(yàn)研究＊

陳 曦1，陳先鋒1，張洪銘1，劉晅亞2，張 英1，牛 奕1，胡東濤1

（1．武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430070；2．建筑消防工程技術(shù)公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300381）

為探索惰化劑粒徑對(duì)可燃工業(yè)粉塵火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?，通過建立豎直粉塵燃燒管道實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在碳酸氫鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的惰化條件下，就碳酸氫鈉粒徑對(duì)鋁粉燃燒火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊戇M(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明：平均粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體對(duì)平均粒徑為15μm的鋁粉的火焰?zhèn)鞑ニ俣染哂休^好的抑制作用，惰性粉體與可燃工業(yè)粉塵應(yīng)存在粒度匹配效應(yīng)；碳酸氫鈉粉體對(duì)鋁粉火焰溫度的惰化抑制效果與其粒徑呈反比關(guān)系；碳酸氫鈉粉體會(huì)減小鋁粉火焰預(yù)熱區(qū)厚度，預(yù)熱區(qū)厚度隨碳酸氫鈉粒徑的增加先減小后增大。此外，分析了碳酸氫鈉粒徑對(duì)鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙淖饔脵C(jī)理。

惰化劑；粒徑；鋁粉；燃燒；火焰?zhèn)鞑?/p>

近年來，由可燃性工業(yè)粉塵引發(fā)的火災(zāi)、爆炸事故時(shí)有發(fā)生并呈增長(zhǎng)趨勢(shì)［12］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由金屬粉塵引發(fā)的粉塵爆炸事故是當(dāng)前發(fā)生次數(shù)最多、頻率最高、死亡人數(shù)最多、影響最惡劣的粉塵爆炸災(zāi)害［2］，如2014年8月2日江蘇昆山開發(fā)區(qū)中榮金屬制品有限公司汽車輪轂拋光車間發(fā)生的鋁粉爆炸事故造成146人死亡、114人受傷。鑒于此，國(guó)內(nèi)外針對(duì)工業(yè)粉塵爆炸的惰化抑制進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究。P．R．Amyotte等［3］闡述了在預(yù)防和控制粉塵爆炸事故中采用的惰化技術(shù)與抑制技術(shù)之間的區(qū)別。J．Amrogowicz等［4］對(duì)NaHCO3和NH4H2PO4的惰化抑制功效進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)NH4H2PO4粉末在惰化方面的效果優(yōu)于NaHCO3，而在抑制爆炸方面則NaHCO3更有效。謝波等［5］對(duì)目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)粉塵爆炸抑爆技術(shù)和隔爆技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，同時(shí)提出應(yīng)加強(qiáng)對(duì)容器管道連接系統(tǒng)及巷道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中粉塵爆炸傳播機(jī)理的研究。伍毅等［6］研究了密閉空間中碳酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和粒徑對(duì)粉塵爆炸壓力的影響，結(jié)果表明，惰化劑的粒徑越小，濃度越高，對(duì)粉塵爆炸的惰化作用越強(qiáng)。蔡周全等［7］研究了密閉空間中干粉滅火劑粒度對(duì)抑爆性能的影響，結(jié)果表明，ABC干粉滅火劑對(duì)煤塵爆炸有抑爆作用，其粒度對(duì)抑爆性能沒有影響。韋偉等［8］通過數(shù)值模擬研究了爆轟波形成及傳播的機(jī)理和特性，結(jié)果表明鋁粉粉塵的初始半徑對(duì)爆轟形成和傳播具有一定的影響，且氣體的黏性作用對(duì)近爆轟管壁面處的火焰速度也有影響。曹衛(wèi)國(guó)等［9］利用高速攝影裝置和半封閉豎直燃燒管對(duì)兩種煤粉粉塵在爆炸過程中的火焰?zhèn)鞑ヌ卣鬟M(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)實(shí)驗(yàn)拍攝到的火焰前鋒陣面和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩剡M(jìn)行了分析。以上研究主要集中在密閉空間中的抑爆性能，對(duì)管道系統(tǒng)中的粉塵燃燒及抑爆研究較少，對(duì)粉塵爆炸過程中粉塵燃燒及爆燃火焰?zhèn)鞑ミ^程的研究則更少，而實(shí)際的粉塵爆炸事故多發(fā)生在易產(chǎn)生粉塵堆積的管道系統(tǒng)中。為此本文中基于新建立的小尺寸粉塵燃燒管道實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展不同粒徑的碳酸氫鈉粉體對(duì)工業(yè)粉塵燃燒火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙膶?shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí) 驗(yàn)

1．1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由粉塵燃燒管道、高壓點(diǎn)火系統(tǒng)、溫度監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速攝影與光學(xué)濾波系統(tǒng)、同步控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。粉塵燃燒管道為正方形截面的長(zhǎng)方體豎直管道，其尺寸為50cm×8cm×8cm，左、右側(cè)壁采用15mm厚高機(jī)械強(qiáng)度的不銹鋼板，前、后側(cè)壁安裝可拆卸的具有高機(jī)械強(qiáng)度、良好透光性和耐高溫的石英玻璃，在管道上端設(shè)置泄壓口。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig．1 Scheme of experimental system

由于鋁粉在燃燒過程中反應(yīng)劇烈，火焰亮度較大，為了清晰地捕捉鋁粉火焰的傳播過程，選取鋁粉顆粒燃燒時(shí)出現(xiàn)的中間產(chǎn)物——AlO（AlO的特征輻射波長(zhǎng)約為484nm）作為觀察對(duì)象［10］，采用特制的484nm帶通（窄帶）濾光片。

1．2 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)中采用分析純鋁粉和碳酸氫鈉粉體，具體參數(shù)如表1所示。將鋁粉和碳酸氫鈉粉體置于真空干燥箱中，分別在50和40℃下烘干8h以上。選取4種標(biāo)準(zhǔn)分析篩，篩分出粒徑為50～75μm、38～50μm、30～38μm和0～30μm的粉塵樣品，對(duì)應(yīng)的平均粒徑d分別為60、45、30、15μm，將樣品存放在常溫真空干燥箱內(nèi)備用。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品參數(shù)Table 1 Specific parameters of the sample

首先按照?qǐng)D1所示安裝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的各種儀器設(shè)備并進(jìn)行調(diào)試，然后按要求稱取一定質(zhì)量的樣品，充分混合后均勻地放入管道凹槽內(nèi)，接著對(duì)噴粉系統(tǒng)配氣，最后啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，電火花點(diǎn)燃預(yù)先吹揚(yáng)起的粉塵云，火焰?zhèn)鞑サ淖兓^程由高速攝影儀和熱電偶等記錄和測(cè)量。高速攝影儀和數(shù)據(jù)采集儀的啟動(dòng)時(shí)間以及高壓點(diǎn)火器的點(diǎn)火時(shí)間均由可編程同步控制裝置實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中，噴出壓縮空氣的壓力為0．1MPa，噴氣持續(xù)時(shí)間為100ms，點(diǎn)火電壓為14kV，點(diǎn)火延遲時(shí)間（噴粉結(jié)束后距點(diǎn)火電極放電的時(shí)間）為100ms，高速攝影儀的記錄速度為2 000幀每秒。采用插板法測(cè)量粉塵云的質(zhì)量濃度，多次測(cè)量取平均值，即視為該粉塵質(zhì)量下的粉塵云質(zhì)量濃度，實(shí)驗(yàn)管道中鋁粉的質(zhì)量濃度約為0．346kg／m3。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析討論

2．1 鋁粉火焰結(jié)構(gòu)分析

選取平均粒徑為15μm的鋁粉粉塵進(jìn)行鋁粉燃燒實(shí)驗(yàn)。高速攝影儀拍攝的鋁粉火焰?zhèn)鞑ミ^程圖像截圖如圖2所示，時(shí)間間隔為5ms。從圖2中可以看到由劇烈燃燒發(fā)出的亮光所引起的白色斑駁，火焰?zhèn)鞑ミ^程中火焰前端比較整齊、平穩(wěn)，未出現(xiàn)波動(dòng)，說明粉塵的分布比較均勻，鋁粉燃燒反應(yīng)循序漸進(jìn)，火焰上端出現(xiàn)規(guī)律的淺藍(lán)色區(qū)域。針對(duì)此淺藍(lán)色區(qū)域，以熱電偶和離子探針監(jiān)測(cè)點(diǎn)為參照點(diǎn)，選取t1時(shí)刻（即淺藍(lán)色區(qū)域上端接近監(jiān)測(cè)點(diǎn)）和t2時(shí)刻（即淺藍(lán)色區(qū)域上升越過監(jiān)測(cè)點(diǎn)）的火焰?zhèn)鞑D像截圖（見圖3），通過數(shù)據(jù)分析得到該區(qū)域的實(shí)際寬度為14．66mm。此外，對(duì)圖像進(jìn)行灰度處理，所得的實(shí)際寬度與處理前結(jié)果基本吻合，如圖3所示。

圖2 鋁粉火焰?zhèn)鞑ミ^程Fig．2 The flame propagation process of aluminum powder

根據(jù)前人獲得的鋁粉火焰離子探針實(shí)驗(yàn)結(jié)果［1113］，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：在火焰溫度大幅上升之前，離子電流已出現(xiàn)波動(dòng)，說明在此之前已經(jīng)出現(xiàn)鋁粉熔化、汽化，鋁粉與周圍空氣發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行得比較緩慢，反應(yīng)程度較低；離子電流峰和溫度峰都很光滑并且很強(qiáng)，說明這一區(qū)域內(nèi)鋁粉汽化、燃燒反應(yīng)比較劇烈；火焰溫度下降之后，離子電流也出現(xiàn)了同樣波動(dòng)，說明火焰經(jīng)過后仍有一些殘留的粉塵進(jìn)行反應(yīng)，與火焰?zhèn)鞑ズ笃诨鹧嫦邕^程中存在的零星燃燒反應(yīng)區(qū)域吻合。由此，考慮將預(yù)熱區(qū)厚度定義為燃燒區(qū)前鋒到淺藍(lán)色區(qū)域邊界之間的距離［13］，進(jìn)而可將鋁粉火焰結(jié)構(gòu)劃分為未燃區(qū)、預(yù)熱區(qū)和燃燒區(qū)，見圖4。

圖3 鋁粉火焰?zhèn)鞑D像截圖Fig．3 Partial image of the aluminum powder flame propagation

圖4 鋁粉火焰結(jié)構(gòu)示意圖Fig．4 Structure of the aluminum powder flame

2．2 碳酸氫鈉粒徑對(duì)鋁粉火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/p>

采用前人的火焰?zhèn)鞑ミ^程圖像分析方法［1415］，對(duì)相同實(shí)驗(yàn)條件下高速攝影儀拍攝的火焰?zhèn)鞑ミ^程圖像進(jìn)行分析，得到添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的不同粒徑碳酸氫鈉粉體后不同時(shí)刻的火焰?zhèn)鞑ニ俣惹€，如圖5所示。從圖5可以看出：火焰?zhèn)鞑ニ俣葀隨時(shí)間t增加而逐漸增大，碳酸氫鈉粒徑（dNaHCO3）為30μm時(shí)的火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畹?，且火焰速度的增加幅度最小；隨著火焰速度的增大，碳酸氫鈉對(duì)鋁粉火焰?zhèn)鞑サ亩杌饔糜用黠@。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，平均粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體對(duì)鋁粉火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩杌种菩Ч詈谩?/p>

2．3 碳酸氫鈉粒徑對(duì)鋁粉火焰溫度的影響

為了提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度，本實(shí)驗(yàn)采用自制的Pt／Rh13－Pt熱電偶作為溫度探測(cè)元件，并對(duì)熱電偶進(jìn)行誤差分析，用溫度補(bǔ)償公式進(jìn)行修正［14］，測(cè)量結(jié)果如圖6所示。

圖5 不同工況下鋁粉火焰?zhèn)鞑ニ俣菷ig．5 Flame propagation speeds under different conditions

圖6 不同工況下鋁粉火焰溫度變化Fig．6 Flame temperature variations under different conditions

從圖6可以看出，火焰溫度T的總體變化趨勢(shì)是先陡然上升隨后緩慢下降。對(duì)比不同工況下火焰的最高溫度可以看出：添加不同粒徑的碳酸氫鈉粉體后，鋁粉火焰溫度均有所下降，只是降低幅度不同，最高溫度隨著碳酸氫鈉粉體粒徑的減小而逐漸降低。另外，對(duì)比不同工況下火焰溫度達(dá)到最高時(shí)所用的時(shí)間，可以看出，所用時(shí)間隨著添加碳酸氫鈉粉體粒徑的減小而逐漸增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：碳酸氫鈉粉體能夠降低鋁粉火焰溫度，并且隨著碳酸氫鈉粉體粒徑的減小，作用越明顯，降低幅度越大。

2．4 碳酸氫鈉粒徑對(duì)鋁粉火焰結(jié)構(gòu)的影響

在碳酸氫鈉粉塵（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%）粒徑分別為60、45、30和15μm的條件下，由高速攝影儀拍攝的鋁粉火焰形態(tài)如圖7所示。從圖7中可以看出：鋁粉火焰圖像中的白色斑駁隨著碳酸氫鈉粒徑的減小逐漸消失，火焰燃燒區(qū)出現(xiàn)不同程度的紊亂，預(yù)熱區(qū)明顯變窄，也出現(xiàn)紊亂，其中添加粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體時(shí)鋁粉火焰圖像的紊亂程度最大，且火焰最暗。由此可知，不同粒徑的碳酸氫鈉能夠降低鋁粉燃燒反應(yīng)速率，使鋁粉燃燒產(chǎn)生紊亂，對(duì)鋁粉火焰?zhèn)鞑ゾ哂幸欢ǖ囊种谱饔?，并?0μm的碳酸氫鈉粉體的惰化作用最好。

圖7 碳酸氫鈉粒徑對(duì)鋁粉火焰形態(tài)的影響Fig．7 Influence of sodium bicarbonate particle size on flame formation

圖8不同工況下鋁粉火焰預(yù)熱區(qū)厚度Fig．8 Flame thickness of the preheating zone under different conditions

圖8 給出了預(yù)熱區(qū)厚度h與碳酸氫鈉粒徑dNaHCO3之間的關(guān)系。可以看出，加入碳酸氫鈉粉體后，鋁粉火焰預(yù)熱區(qū)厚度變小，當(dāng)碳酸氫鈉粒徑為36．36μm時(shí)，預(yù)熱區(qū)厚度降到最低，為10．61mm，其后有隨著碳酸氫鈉粒徑增大而增大的趨勢(shì)。結(jié)合圖5可知，預(yù)熱區(qū)厚度和火焰?zhèn)鞑ニ俣入S碳酸氫鈉粒徑的變化趨勢(shì)相同，說明預(yù)熱區(qū)厚度與火焰?zhèn)鞑ニ俣扔幸欢?lián)系。在本實(shí)驗(yàn)條件下，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍降?，燃燒反?yīng)速率越低，火焰前鋒在向上傳播的過程中，未燃區(qū)受到火焰加熱的熱量越少，預(yù)熱區(qū)厚度越小。碳酸氫鈉粉體的加入改變了預(yù)熱區(qū)厚度，從而對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣犬a(chǎn)生影響。

2．5 碳酸氫鈉粒徑對(duì)鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦杂绊懙臋C(jī)理分析

根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)惰性粉體的抑爆研究［1623］，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，可以得到以下結(jié)論。

（1）在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，碳酸氫鈉粉體的加入會(huì)稀釋鋁粉塵云的質(zhì)量濃度，減弱反應(yīng)的劇烈程度，并增大粉塵火焰陣面的湍流程度，由圖7可知30μm的碳酸氫鈉粉體對(duì)鋁粉的影響較60和45μm的碳酸氫鈉粉體明顯。對(duì)于15μm的碳酸氫鈉粉體，考慮到鋁粉的燃燒溫度較高，碳酸氫鈉粉體在440℃時(shí)已完全分解，所產(chǎn)生的游離二氧化碳和水蒸氣能夠奪取粉塵爆炸火焰中產(chǎn)生的自由基，終止粉塵燃燒反應(yīng)鏈；然而另一方面由于15μm碳酸氫鈉粉體分解產(chǎn)物中的水蒸氣會(huì)促進(jìn)鋁粉的燃燒反應(yīng)，增強(qiáng)粉塵火焰的前驅(qū)沖擊波速度，結(jié)合圖5和圖8分析可知，15μm的碳酸氫鈉粉體對(duì)鋁粉火焰的抑制效果不明顯。

（2）從圖7可以看到：在30μm碳酸氫鈉粉體的作用下鋁粉的火焰陣面復(fù)雜，湍流度較大，屬于汽化控制的火焰；而60μm碳酸氫鈉粉體作用下的鋁粉火焰介于燃燒控制與汽化控制之間；45μm碳酸氫鈉粉體作用下的鋁粉火焰則屬于燃燒控制［17］。結(jié)合圖5和圖6中的規(guī)律，可以得到：對(duì)于汽化控制的火焰?zhèn)鞑ィ×降奶妓釟溻c粉體在火焰到達(dá)之前會(huì)吸收火焰輻射出的大部分熱量，并用于自身的分解，從而對(duì)鋁粉粒子的熔化、汽化產(chǎn)生阻礙作用，導(dǎo)致鋁粉火焰的傳播速度降低，同時(shí)大幅度降低火焰溫度，發(fā)揮惰化抑制作用。

3 結(jié) 論

在碳酸氫鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的惰化條件下，實(shí)驗(yàn)研究了4種惰化劑粒徑對(duì)單一粒徑鋁粉火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?，得到的結(jié)論如下：

（1）在本實(shí)驗(yàn)條件下，平均粒徑為30μm的碳酸氫鈉粉體對(duì)平均粒徑為15μm的鋁粉的火焰?zhèn)鞑ニ俣染哂休^好的抑制作用，惰性粉體與可燃工業(yè)粉塵應(yīng)存在粒度匹配效應(yīng)；

（2）碳酸氫鈉粉體能夠降低鋁粉火焰溫度，其抑制效果與碳酸氫鈉粉體粒徑呈反比關(guān)系，即粒徑越小，作用越明顯，降低幅度越大；

（3）碳酸氫鈉粉體能夠影響鋁粉火焰的預(yù)熱區(qū)厚度，預(yù)熱區(qū)厚度隨碳酸氫鈉粒徑的增加先減小后增大，同時(shí)碳酸氫鈉粉體還使鋁粉火焰的燃燒區(qū)出現(xiàn)紊亂，降低鋁粉燃燒反應(yīng)速率，阻礙其燃燒傳播。

［1］ 多英全，劉垚楠，胡馨升．2009～2013年我國(guó)粉塵爆炸事故統(tǒng)計(jì)分析研究［J］．中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2015，11（2）：186－190．Duo Yingquan，Liu Yaonan，Hu Xinsheng．Statistical analysis on dust explosion accidents occurring in China during 2009－2013［J］．Journal of Safety Science and Technology，2015，11（2）：186－190．

［2］ 張超光，蔣軍成，鄭志琴．粉塵爆炸事故模式及其預(yù)防研究［J］．中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，15（6）：73－76．Zhang Chaoguang，Jiang Juncheng，Zheng Zhiqin．Study on the mode and prevention of dust explosion accident［J］．China Safety Science Journal，2005，15（6）：73－76．

［3］ Amyotte P R，Mintz K J，Peeg M J．Solid inerrant and their use in dust explosion prevention and mitigation［J］．Trans IChemE Part B，1995，73：89－100．

［4］ Amrogowicz J，Kordylewski W．Effectiveness of dust explosion suppression by carbonates and phosphates［J］．Combustion ＆Flame，1991，85（3）：520－522．

［5］ 謝波，王克全．工業(yè)粉塵爆炸抑制技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在的問題［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保，2000，27（1）：13－15．Xie Bo，Wang Kequan．Present study status of industrial dust explosion suppression techniques and existent prob－lems［J］．Mining Safety ＆Environmental Protection，2000，27（1）：13－15．

［6］ 伍毅，袁旌杰，蒯念生，等．碳酸鹽對(duì)密閉空間粉塵爆炸壓力影響的試驗(yàn)研究［J］．中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20（10）：92－96．Wu Yi，Yuan Jingjie，Kuai Niansheng，et al．Effects of carbonates on dust explosion pressure in closed vessel［J］．China Safety Science Journal，2010，20（10）：92－96．

［7］ 蔡周全，張引合．干粉滅火劑粒度對(duì)抑爆性能的影響［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保，2001，28（4）：14－16．

［8］ 韋偉，翁春生．鋁粉／空氣二維黏性兩相爆轟的數(shù)值模擬［J］．爆炸與沖擊，2015，35（1）：29－35．Wei Wei，Weng Chunsheng．Numerical simulation for aluminum／air two－dimensional viscous two－phase detonation［J］．Explosion and Shock Waves，2015，35（1）：29－35．

［9］ 曹衛(wèi)國(guó)，徐森，梁濟(jì)元，等．煤粉塵爆炸過程中火焰的傳播特性［J］．爆炸與沖擊，2014，34（5）：586－593．Cao Weiguo，Xu Sen，Liang Jiyuan，et al．Characteristics of flame propagation during coal dust cloud explosion［J］．Explosion and Shock Waves，2014，34（5）：586－593．

［10］ 李招寧，王永國(guó)，胡棟，等．鋁粉快速反應(yīng)光譜中AlO B2Σ＋→X2Σ＋發(fā)射光譜的研究［J］．原子與分子物理學(xué)報(bào)，1996，13（3）：69－75．Li Zhaoning，Wang Yongguo，Hu Dong，et al．A study of the AlO（B2Σ＋→X2Σ＋）band system from fast reaction of aluminium dust［J］．Chinese Journal of Atomic and Molecular Physics，1996，13（3）：69－75．

［11］ 孫金華．PMMA微粒子云中傳播火焰的基本結(jié)構(gòu)［J］．熱科學(xué)與技術(shù)，2004，3（1）：76－80．Sun Jinhua．Structure of flame propagating through PMMA particle cloud［J］．Journal of Thermal Science and Technology，2004，3（1）：76－80．

［12］ 孫金華，盧平，劉義．空氣中懸浮金屬微粒子的燃燒特性［J］．南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，29（5）：582－585．Sun Jinhua，Lu Ping，Liu Yi．Combustion behavior of metal particles suspended in air［J］．Journal of Nanjing University of Science and Technology，2005，29（5）：582－585．

［13］ 丁以斌，孫金華，何學(xué)超，等．鋯粉塵云的火焰?zhèn)鞑ヌ匦裕跩］．燃燒科學(xué)與技術(shù)，2010，16（4）：353－357．Ding Yibin，Sun Jinhua，He Xuechao，et al．Flame propagation characteristic of zirconium particle cloud［J］．Journal of Combustion Science and Technology，2010，16（4）：353－357．

［14］ 陳先鋒．丙烷－空氣預(yù)混火焰微觀結(jié)構(gòu)及加速傳播過程中的動(dòng)力學(xué)研究［D］．合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007．

［15］ 高偉，阿部俊太郎，榮建忠，等．氣流特征對(duì)水平長(zhǎng)管內(nèi)石松子粉塵爆炸火焰結(jié)構(gòu)的影響［J］．爆炸與沖擊，2015，35（3）：372－379．Gao Wei，Abe Shuntaro，Rong Jianzhong，et al．Effect of airflow characteristics on flame structure for following lycopodium dust－air mixtures in a long horizontal tube［J］．Explosion and Shock Waves，2015，35（3）：372－379．

［16］ Hertzberg M．Inhibition and extinction of coal dust and methane explosions［M］．US Department of the Interior，Bureau of Mines，1982．

［17］ Gao W，Mogi T，Sun J，et al．Effects of particle size distributions on flame propagation mechanism during octadecanol dust explosions［J］．Powder Technology，2013，249：168－174．

［18］ Moussa R B，Guessasma M，Proust C，et al．Thermal radiation contribution to metal dust explosions［J］．Procedia Engineering，2015，102：714－721．

［19］ Chen X，Zhang H，Chen X，et al．Effect of dust explosion suppression by sodium bicarbonate with different granulometric distribution［J］．Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2017．

［20］ 范寶春，謝波，張小和，等．惰性粉塵抑爆過程的實(shí)驗(yàn)研究［J］．流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與測(cè)量，2001（4）：20－25．Fan Baochun，Xie Bo，Zhang Xiaohe，et al．Experimental research on explosion suppression by inert particles［J］．Experiments and Measurements in Fluid Mechanics，2001（4）：20－25．

［21］ 陳振豪，倪文娟，邱根躍，等．碳酸氫鈉干粉滅火機(jī)理的研究［J］．消防科技，1985（3）：20－23．

［22］ 左前明，程衛(wèi)民，湯家軒．粉體抑爆劑在煤礦應(yīng)用研究的現(xiàn)狀與展望［J］．煤炭技術(shù)，2010，29（11）：78－80．Zuo Qianming，Cheng Weimin，Tang Jiaxuan．Current status and prospects of application and research of powder coal mine explosion suppression agent［J］．Coal Technology，2010，29（11）：78－80．

［23］ 任一丹，劉龍，袁旌杰，等．粉塵爆炸中惰性介質(zhì)抑制機(jī)理及協(xié)同作用［J］．消防科學(xué)與技術(shù)，2015，34（2）：158－162．Ren Yidan，Liu Long，Yuan Jingjie，et al．Inhibition mechanisms and synergy effects of solid inerrtants in dust explosion［J］．Fire Science and Technology，2015，34（2）：158－162．

Effects of inerting agent with different particle sizes on the flame propagation of aluminum dust

Chen Xi1，Chen Xianfeng1，Zhang Hongming1，Liu Xuanya2Zhang Ying1，Niu Yi1，Hu Dongtao1

（1．School of Resources ＆Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，Hubei，China；2．Key Laboratory of Building Fire Protection Engineering and Technology of MPS，Tianjin 300381，China）

To explore the influence of the inerting agent with different particle sizes on the flame propagation of the combustible industrial dust，by establishing a vertical dust combustion pipe experiment platform，we investigated the effects of the particle size of sodium bicarbonate on the characteristics of the burning flame propagation of aluminum powder．The results show that，under the condition of 30%mass fraction of sodium bicarbonate，the sodium bicarbonate powder with an average particle size of 30μm has a good inhibitory effect on the flame propagation speed of aluminum powder with an average particle size of 15μm，and there exists a correlation between the particle size of the inerting powder and the combustible industrial dust．The inerting inhibiting effect of sodium bicarbonate powder on the flame temperature of aluminum is inversely proportionate to its particle size．It was found that sodium bicarbonate powder can decrease the thickness of the preheating zone of aluminum powder flame，which decreases at first and then increases with the increase of the particle size of the sodium bicarbonate．Finally，we also examined the mechanism underlying the influence of sodium bicarbonate particle size on the flame propagation of aluminum powder．

inerting agent；particle size；aluminum powder；burning；flame propagation

O381國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼：13035

A

10．11883／1001－1455（2017）04－0759－07

（責(zé)任編輯 王 影）

2015－11－24；

2016－05－03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51174153，51374164）；建筑消防工程技術(shù)公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（KFKT2014ZD03）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2015－zy－080）

陳 曦（1990－ ），男，碩士研究生；通信作者：陳先鋒，cxf618＠whut．edu．cn。