清华大学学报(自然科学版)

作者：范晶, 马砺, 郭睿智, 刘西西, 严月园

单位：西安科技大学 安全科学与工程学院, 西安 710054

关键词：制粉系统,煤粉自燃,煤粉云爆炸,自燃特征

基金：国家自然科学基金面上项目(52174206),陕西省自然科学基础研究计划青年项目(2024JC-YBQN-0377),陕西省青年创新团队项目(25JP102)

为揭示制粉系统中沉积煤粉自燃引发爆炸临界条件和动力学特征, 该文建立了煤粉燃烧爆炸实验系统, 结合数值模拟对热环境下的沉积煤粉自燃、喷射和爆炸过程及行为特征进行研究。首先, 研究了煤粉在不同温度热板上的温度演化特征和自燃临界条件; 然后, 对不同自燃程度的煤粉层进行卷扬, 分析了煤粉云的形成、点火、爆炸过程; 最后, 基于Fluent软件的离散项(DPM)、气固燃烧及P-1辐射等模型仿真了煤粉卷扬引发爆炸的过程, 分析了颗粒轨迹、速度和爆炸温度等特征, 确定了诱发爆炸的氧气和煤粉云质量浓度的临界值。实验结果表明：沉积煤粉层厚度越大, 可引发自燃热板温度越低, 厚度为10 mm时, 热板温度最低为225℃; 当煤粉层内部温度处于275~395℃时, 卷扬后可诱发煤粉云爆炸; 当环境温度从120℃升高至200℃时, 煤粉燃爆的临界煤粉云质量浓度从380 g/m3降低至95 g/m3, 氧气体积分数从21%降低至13%。煤粉云爆炸主要发生在减速扩散和自由扩散阶段, 自燃阶段积累的CO等可燃气体被高温颗粒点燃, 气相燃烧点燃煤粉颗粒及其固相燃烧是自燃引发爆炸的重要过程。

来源：2026年第6期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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