10.4.1　铝粉爆炸特性概述

铝粉在燃烧和爆炸过程中产生很高的能量密度。各种研究都集中在铝粉和粉尘的敏感性参数上，例如最小点火能量/温度、最小易燃浓度和爆炸严重性特征，包括最大燃烧压力和最大压力上升率。研究表明，铝粉尘爆炸的严重程度与粉尘的散布特性密切相关。在先前的试验中，已经使用标准的20L球形容器检测了铝尘云雾的散布和与粉尘爆炸有关的参数。

20L球形测试容器中铝粉尘/空气混合物的易燃性和爆炸行为取决于两个主要因素：湍流度和粉尘浓度（与给定浓度下的分布均匀性有关）。湍流对铝粉尘的火焰传播速度、压力时间历程和爆燃指数有显著影响；此外，增加的湍流可通过增加火焰的表面积和增加火焰强度来增强爆炸的强度，促进悬浮在空气中的铝粉的均匀分散。爆炸的发生还与铝的浓度和分布有关。在标准试验中，假定名义浓度等于添加到容器中的每种粉尘质量除以容器体积。

为了了解铝粉尘分布的特点，有必要研究湍流与粉尘均匀分散程度之间的相关性。Benedetto等在20L的测试容器中模拟湍流和粉尘扩散，发现在进料阶段达到了最大湍动能。进料阶段还发生了最低程度的粉尘均匀性，此后动能随时间下降，粉尘分散逐渐变得更均匀。Sarli等模拟了20L爆炸室内的湍流场和粉尘浓度分布。他们的研究结果表明，在标准粉尘爆炸试验中，粉尘浓度不均匀。Q.Zhang等还对铝粉在20L球体中的扩散和爆炸进行了建模，并分析了各种标称浓度下湍流和均匀性的影响。在较低的粉尘浓度下，湍流是影响铝粉尘/空气爆炸的主要因素，而不是悬浮在空气中的铝粉尘的均匀性；但是，在较高的标称浓度下，悬浮粉尘的均匀性成为主要因素。

基于以上所述，开发了一种利用超声波传感器监测铝粉尘扩散过程中粉尘浓度和湍流的方法。在此技术中，使用两对超声波传感器实时分析20L球形容器中铝粉尘的扩散特性。本试验的目的是检测分散的粉尘的均匀性和随时间的变化，以及湍流和均匀性与最有可能引起爆炸的铝粉浓度之间的相关性。