粒子分布对 20 L 球内尘埃爆炸的影响

标准化尘埃爆炸的安全特性对于减轻工业过程中的影响至关重要。20 L 球主要研究尘埃爆炸的安全特性，即爆炸压力（$P_{ex}$）和压力上升率（$(dP/dt)_{ex}$）。确保 20 L 球内粉尘分布均匀对于准确获取数据和标准化至关重要。然而，由进入喷嘴的流束产生的涡旋会导致粉尘在点燃前集中于壁面。本研究模拟 20 L 球内的爆炸，探讨近壁粉尘浓度对安全特性的影响。基于欧拉-拉格朗日方法的 OpenFOAM 模型经验验证了杉树草尘埃爆炸的实验数据。提出一种新型径向均匀性参数 $\Phi$（$0 \leq \Phi \leq 1$），用于量化近壁粉尘浓度。该参数基于粒子坐标的径向分量的幂律计算，其中 $\Phi = 1$ 表示均匀分布，$\Phi = 0$ 表示所有粒子集中于壁面。初始化不同的粉尘分布（$\Phi = 0.1, 0.2, \ldots, 1$）进行点燃。随着 $\Phi$ 从 1 降低，$P_{ex}$ 和 $(dP/dt)_{ex}$ 先下降，但在某个点之后，两者均上升。当 $\Phi = 0.1$ 时，$P_{ex}$ 和 $(dP/dt)_{ex}$ 分别达到最高值，分别比均匀分布高出 1.75% 和 10.1%。最低值出现在 $\Phi = 0.7$，分别比均匀分布下降 0.25% 和 5.6%。因此，高近壁浓度会增强爆炸强度，而适中浓度则导致均匀分布时的爆炸强度更低。