铝金属在工业生产和日常生活中有着极为广泛的应用,但铝工业生产中时常发生的铝液遇水爆炸事故却是最严重的工业灾害之一,对国家经济财产和人身安全都有着巨大威胁。该类爆炸事故产生的原因主要高温熔融铝液与水接触后,狭小空间内的水快速汽化对外膨胀做功所引发的爆炸反应,因而是属于蒸汽爆炸的一种。针对上述问题,本文从实验研究和理论分析两方面着手,对熔融铝液遇水爆炸反应进行研究,建立描述爆炸弛豫现象过程的数学模型,并讨论分析在此现象中的铝液滴碎化触发机理以及非稳态传热过程。实验采用快提底塞法实现熔融铝液与水混合及爆炸反应,结果表明:爆炸反应形成极快,爆炸弛豫时间尺度在毫秒量级;初始条件中的铝水质量比、水温对爆炸是否形成有着重要的影响。在熔融铝液遇水爆炸的弛豫过程,即铝液遇水碎化发生直到爆炸产生的过程中,碎化后的铝液滴因快速热交换和物态变化等导致界面的不稳定性加剧,进一步的细碎化,而次级碎化的发生使传热效率增加,这样相互促进的作用导致碎化区域呈几何级数增长,局部温度剧升和气相组分急剧增加会形成高压区域并迅速在混合体系内扩展传播,最终导致能量的急剧释放而爆炸。通过建立数学模型后的计算,可得出随着铝液滴碎化次数的增加,单次碎化的时间不断减少,速度不断加快,呈类链式反应,传热速度也随着颗粒半径的减小而提升,加剧放热;在一个标准大气压为环境压力的前提下,蒸汽膜内的蒸汽温度温度达到570K左右时,核化速率J急剧增长,呈指数上升趋势。结合均匀核化速率及动力学理论,可以判断在此温度时很有可能发生了蒸汽爆炸。