Взаимосвязь эмпирических закономерностей турбулентного горения аэровзвесей

Введение. Рассмотрен массив известных экспериментальных данных, полученных преимущественно в стандартной камере объемом 1 м³. Это позволило представить характер трех зависимостей турбулентного горения аэровзвесей: зависимости минимального взрывоопасного содержания кислорода (МВСК) и индекса взрывоопасности K_st от энергии источника зажигания Eig (в логарифмическом масштабе) и зависимость K_st от начального содержания кислорода в воздухе Cox.
Эмпирические зависимости. Анализ показал, что все рассматриваемые зависимости с относительной точностью около 20 % могут быть представлены в виде линейных функций аргумента, изменяющегося в следующих пределах: Eig изменяется от минимальной энергии зажигания E_min до 10 кДж; C_ox изменяется от МВСК до 21 % об. По характеру зависимости K_st от E_ig все пыли делятся на два вида. Для пыли первого вида K_st не зависит от E_ig, для пыли второго вида K_st ∝ (E_ig – E_min).
Взаимосвязь эмпирических зависимостей. Показано, что рассмотренные эмпирические зависимости должны быть взаимосвязаны для пыли второго рода, а именно, наклоны C_n (n = 1, 2 и 3 — номер зависимости) линейных функций, аппроксимирующих данные зависимости для конкретного образца пыли, удовлетворяют соотношению: С₂(21 % об.) = – С₁С₃(10 кДж). Из-за отсутствия образца пыли, для которого имеются данные по всем трем зависимостям, полученное соотношение подтвердили для средних значений параметров: <С₂(21 % об.)> = –<С₁>∙<С₃(10 кДж)>.
Обсуждение результата. Удовлетворительная точность выполнения соотношения между C₁, C₂ и C₃ порождает уверенность в объективности и взаимосвязи рассматриваемых эмпирических зависимостей турбулентного горения аэровзвесей.
Выводы. Показано, что рассмотренные эмпирические зависимости турбулентного горения аэровзвесей в камере объемом 1 м³ взаимосвязаны, и установлен вид этой связи.

1. Bartknecht W. Explosionen, Ablauf und Schutzmaβnahmen. Berlin, Springer-Verlag, 1980. 259 s.

2. Eckhoff R.K. Dust explosions in the process industries 3rd edition. Boston : Gulf Professional Publishing/Elsevier, 2003. 720 p.

3. Siwek R., Cesana Ch. Ignition behavior of Dusts: Meaning and interpretation // Process Safety Progress. 1995. Vol. 14. Issue 2. Pp. 107–119. DOI: 10.1002/PRS.680140205

4. Cesana C., Siwek R. Operating instructions 20-l-apparatus. Ver. 7.0, Kühner AG, Birsfelden, 2009.

5. Bagaria P., Li Q., Dastidar A., Mashuga C. Classification of particle breakage due to dust dispersion // Powder technology. 2019. Vol. 342. Pp. 204–213. DOI: 10.1016/j.powtec.2018.09.089

6. Portarapillo M., Sanchirico R., Di Benedetto A. Effect of turbulence spatial distribution on the deflagration index: Comparison between 20 L and 1 m3 // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2021. Vol. 71. P. 104484. DOI: 10.1016/j.jlp.2021.104484

7. Medina C.H., MacCoitir B., Sattar H., Slatter D.J.F., Phylaktou H.N., Andrews G.E., Gibbs B.M. Comparison of the explosion characteristics and flame speeds of pulverised coals and biomass in the ISO standard 1 m3 dust explosion equipment // Fuel. 2015. Vol. 151. Pp. 91–101. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.01.009

8. Proust Ch., Accorsi A., Dupont L. Measuring the violence of dust explosions with the “20 l sphere” and with the standard “ISO 1 m3 vessel”. Systematic comparison and analysis of the discrepancies // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2007. Vol. 20. Pp. 599–606. DOI: 10.1016/j.jlp.2007.04.032

9. Portarapillo M., Sanchirico R., Di Benedetto A. On the pyrotechnic ignitors role in dust explosion testing: Comparison between 20 L and 1 m3 explosion vessels // Process Safety Progress. 2021. Vol. 40. No. 4. Pp. 289–295. DOI: 10.1002/prs.12249

10. Taveau J.R., Going J.E., Hochgreb S., Lemkowitz S.M., Roekaerts D.J.E.M. Igniter-induced hybrids in the 20-l sphere // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2017. Vol. 49. Pp. 348–356. DOI: 10.1016/j.jlp.2017.07.014

11. Полетаев Н.Л. О проблеме экспериментального обоснования низкой взрывоопасности горючей пыли в 20-литровой камере // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2017. Т. 26. № 6. С. 5–20. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.06.5-20

12. Wiemann W. Influence of temperature and pressure on the explosion characteristics of dust/air/inert gas mixture. Industrial Dust Explosions, ASTM STP 958, Kenneth L. Cashdollar and Martin Hertzberg, Eds., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1987. Pp. 33–44.

13. Wilén C., Moilanen A., Rautalin A., Torrent J., Conde E., Lödel R. et al. Safe handling of renewable fuels and fuel mixtures // VTT Technical Research Centre of Finland. ESPOO 1999 Publications 394. 125 p. URL: http://www.vtt.fi/inf/pdf/publications/1999/P394.pdf

14. Hertzberg M., Cashdollar K.L., Zlochower I. Flammability limit measurements for dusts and gases: Ignition energy requirements and pressure dependences // Twenty-first Symposium (International) on Combustion. The Combustion Institute, 1986. Pp. 303–313. DOI: 10.1016/S0082-0784(88)80258-3

15. Полетаев Н.Л. О взрывоопасности аэровзвеси меламина // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2017. Т. 26. № 9. С. 15–28. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.09.15-28

16. Taveau J.R., Lemkowitz S.M., Hochgreb S., Roekaerts D.J.E.M. Metal dusts explosion hazards and protection // Chemical Engineering Transactions. 2019. Vol. 77. Pp. 7–12. DOI: 10.3303/CET1977002

17. Clouthier M.P., Taveau J.R., Dastidar A.G., Morrison L.S., Zalosh R.G., Ripley R.C., Amyotte P.R. Iron and aluminum powder explosibility in 20-L and 1 m3 chambers // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 62. P. 103927. DOI: 10.1016/j.jlp.2019.103927

18. Addo A., Dastidar A.G., Taveau J.R., Morrison L.S., Khan F.I., Amyotte P.R. Niacin, lycopodium and polyethylene powder explosibility in 20-L and 1 m3 test chambers // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 62. P. 103937. DOI: 10.1016/j.jlp.2019.103937