中国安全科学学报 ›› 2026, Vol. 36 ›› Issue (7): 1-11.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2026.07.0948
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纪文涛1,2,3(
), 王雅歌1,2,3, 肖海利1,2,3, 孟令宣1,2,3, 王燕1,2,3,**(
)
收稿日期:2026-02-11
修回日期:2026-04-13
出版日期:2026-08-10
通信作者:
作者简介:![]() |
纪文涛 (1989—),男,河南周口人,博士,教授,主要从事气体与粉尘爆炸灾害防治方面的研究。E-mail:jiwentao@hpu.edu.cn。 |
基金资助:
Ji Wentao1,2,3(
), Wang Yage1,2,3, Xiao Haili1,2,3, Meng Lingxuan1,2,3, Wang Yan1,2,3,**(
)
Received:2026-02-11
Revised:2026-04-13
Published:2026-08-10
摘要:
可燃气体和粉尘共存形成的可爆两相体系在工业生产中广泛存在,由其引发的爆炸事故已成为爆炸灾害的主要形式之一。为防治气粉两相体系爆炸灾害,聚焦爆炸下限(LEL)这一关键特征参数,从可燃气体体积分数和粉尘质量浓度、可燃气体化学反应活性、粉尘粒径、粉尘热解特征、粉尘组分等角度,分类阐述LEL变化特征的研究现状并总结现有研究的局限;同时,针对LEL的量化需求,从经验/半经验模型和理论模型2个方面分析现有量化模型,梳理其类型、特点及局限,并提出LEL变化特征及量化模型研究展望。结果表明:可燃气体体积分数和粉尘质量浓度直接调控LEL,可燃气体化学反应活性、粉尘粒径、组分和热解特征也是关键影响因素;经验/半经验模型形式简洁、计算便捷,但高度依赖特定试验数据和条件;理论模型虽具有更坚实的科学基础,但往往基于理想化假设建立。
中图分类号:
纪文涛, 王雅歌, 肖海利, 孟令宣, 王燕. 气粉两相体系爆炸下限变化特征及量化模型研究进展[J]. 中国安全科学学报, 2026, 36(7): 1-11.
Ji Wentao, Wang Yage, Xiao Haili, Meng Lingxuan, Wang Yan. Research progress on change characteristic and quantitative model of lower explosion limit of hybrid mixtures[J]. China Safety Science Journal, 2026, 36(7): 1-11.
表1
气粉浓度对两相体系LEL变化特征的影响
| 气体和粉 尘种类 | 气体和粉尘名称 | 试验装置 | 点火能量 及方式 | LEL变化特征 |
|---|---|---|---|---|
| 可燃气体/ 天然有机粉尘 | 甲烷、丙烷、氢气、乙醇蒸气、甲苯蒸气、异丙醇蒸气玉米淀粉、石松子粉、木粉 | 改进型戈德伯特-格林沃尔德(Godbert-Greenwald,GG)炉 | — | 低于LEL的可燃气体可显著降低粉尘的最小爆炸浓度Minimum Explosion Concentration, MEC)[ |
| 甲烷、石松子 | 20 L球形爆炸装置 | 0.5 kJ 化学点火 | 石松子粉尘MEC随甲烷浓度的增加而逐渐降低[ | |
| 甲烷、软木屑 | 22.7 L近球形爆炸装置 | 2.5 kJ 化学点火 | 软木屑粉尘MEC随甲烷体积分数的增加而逐渐降低[ | |
| 可燃气体/ 合成有机粉尘 | 乙烯、聚乙烯 | 20 L球形爆炸装置 | 0.5 kJ 化学点火 | 聚乙烯粉尘MEC随乙烯体积分数的增加而逐渐降低[ |
| 甲烷、乙烯-醋酸乙烯酯树脂粉尘 | 20 L球形爆炸装置 | 10 kJ 化学点火 | 乙烯-醋酸乙烯酯树脂粉尘MEC随甲烷体积分数的增加而降低[ | |
| 丙烷、聚酰胺树脂粉尘 | 20 L球形爆炸装置 | 10 kJ 化学点火 | 聚酰胺树脂粉尘MEC随丙烷体积分数的增加而降低[ | |
| 甲烷、聚甲基丙烯酸甲酯粉尘、热塑性聚氨酯粉尘 | 20 L球形爆炸装置 | 14 J 电火花 | 2种粉尘MEC浓度均随甲烷体积分数的增加而逐渐降低[ | |
| 甲烷、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)粉尘 | 半封闭试验装置 | — | PMMA粉尘MEC随甲烷体积分数的增加而降低[ | |
| 甲烷、丙烷、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)粉尘 | 1 m3爆炸装置 | 10 kJ 化学点火 | PVC粉尘的MEC随甲烷、丙烷体积分数的增加均逐渐降低[ | |
| 环戊烷、聚氨酯粉尘 | 哈特曼管 | — | 聚氨酯粉尘MEC随环戊烷气体体积分数的增加而降低[ | |
| 可燃气体/ 金属粉尘 | 环氧丙烷蒸气、铝粉 | 5L圆柱形爆炸装置 | 22.68 J 电火花 | 环氧丙烷蒸气的添加显著降低了铝粉的MEC[ |
| 氢气、铝粉 | 20 L球形爆炸装置 | 10 kJ 化学点火 | 氢气的添加显著降低了铝粉的MEC[ |
表2
气粉两相体系LEL经验/半经验模型特点及局限性
| 名称 | 量化模型 | 模型特点 | 局限性 |
|---|---|---|---|
| Le Chatelier[ | 式(3) | 揭示了可燃气体LEL与粉尘云MEC 之间的线性关系 | 适用于燃烧火焰温度相等或相 似可燃气体和粉尘 |
| Bartknecht[ | 式(4) | 揭示了可燃气体LEL与粉尘云LEL 之间的非线性关系 | 精度较低,缺乏针对性 |
| Jiang等[ | 式(5) | 考虑了初始湍流,关联可燃气体和 粉尘的爆炸指数 | 受试验条件的影响较大 |
| Ji等[ | 式(6) 式(7) | 关联了由可燃气体和粉尘最大爆炸压力和爆炸 指数构造的极限因子 | 受试验条件的影响较大 |
| Qi等[96]模型 | 式(8) 式(9) | 极限因子中引入粉尘粒径 | 普适性有待验证 |
| Gan等[ | 式(10) | 关联了粉尘粒径及挥发分 | 普适性有待验证 |
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