【摘 要】
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据统计,机械火花是引发工业爆炸事故的主要点火源,所致事故占比高达29.2%。然而,我们目前对机械火花的火源特性及其引燃能力尚缺乏系统深入的研究,对于如何科学表征其能量特性并据此评估其致灾能力仍处于探索阶段。鉴于此,本文以典型机械摩擦火花为研究对象,系统深入地研究了摩擦火花的能量表征参数、测试方法及其引燃能力,以期为机械火花所致的火灾爆炸事故防控提供研究依据。首选,自主搭建了一套机械摩擦火花发生及能
【基金项目】
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国家重点研发计划项目《典型点火源表征方法及能量谱技术》(2017YFC0804703); 国家自然科学基金项目(51604175、51974189);
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据统计,机械火花是引发工业爆炸事故的主要点火源,所致事故占比高达29.2%。然而,我们目前对机械火花的火源特性及其引燃能力尚缺乏系统深入的研究,对于如何科学表征其能量特性并据此评估其致灾能力仍处于探索阶段。鉴于此,本文以典型机械摩擦火花为研究对象,系统深入地研究了摩擦火花的能量表征参数、测试方法及其引燃能力,以期为机械火花所致的火灾爆炸事故防控提供研究依据。首选,自主搭建了一套机械摩擦火花发生及能量参数测试装置,选用了铝合金、不锈钢等7种工业常见金属材质为摩擦试件,通过交叉组合实验分别得到了 500、1000、1440r/min 摩擦转速下(转盘直径 150mm),1.25、2.5、3.75MPa摩擦压力时的摩擦火花特性,并提出和测量了火花温度、速度、粒径等火源特性表征参数。研究结果表明:同一摩擦压力及转速下,TC4钛合金火花颗粒粒径范围较大、Q235钢与304不锈钢火花颗粒的分布相对集中,且前者火花颗粒平均粒径大于后两者;相同材料及摩擦压力下,摩擦转速越大,摩擦区域温度越高、摩擦火花颗粒粒径越大,摩擦火花产生频率越高;相同材料及转速下,摩擦压力越大,摩擦区域温度越高、摩擦火花颗粒粒径越大、摩擦火花产生频率越高。随着摩擦过程的进行,TC4钛合金、Q235钢摩擦火花的产生频率下降,304不锈钢则无明显减少。为量化表征火花颗粒飞溅过程中的运动及温度特征,提出了火花颗粒运动速度及温度估算模型,可据火花颗粒初始温度、速度、粒径分布估算颗粒运行轨迹及温度分布,为定量表征飞溅火花颗粒能量特性提供了途径。在上述研究基础上,以酒精、航空煤油等可燃液体,PMMA粉等8种可燃粉尘为可燃介质,进一步研究上述不同材质在各摩擦强度下火花引燃能力。研究结果表明:TC4钛合金虽然火花颗粒的初始温度低于Q235钢与304不锈钢,但火花产生后可在空中持续燃烧放热,使其在引燃可燃物时的颗粒温度明显高于Q235钢与304不锈钢,导致其摩擦火花的点火能力强于Q235钢与304不锈钢。Q235钢与304不锈钢摩擦火花产生后火花温度呈降低趋势,两者点火能力接近。综上,本文通过实验与理论模型相结合的手段,获得了摩擦火花的火源特性的表征、测量及引燃能力评估,为丰富完善机械火花点火源能量特性数据库、防控摩擦火花引发的火灾爆炸事故提供了基础研究数据。
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