1.2 风管内沉积粉尘的研究现状

频频发生的粉尘爆炸事故，将粉尘爆炸的防范与治理工作纳入工业防火工作中的重中之重。随着学者们对粉尘爆炸的机理、过程、特点的层层研究，他们将关注的重点逐渐转移到粉尘在通风管道中的沉降规律上来，以取得防尘和治理工作的指导性结论。

Benjamin和 LiuDavid Pui[1,2]对气溶胶计数器的设计做出了杰出的贡献。Boiko和Papyrin[3]对颗粒物之间的撞击问题进行了重点研究，他们认为碰撞能将沉积的颗粒物变得蓬松、分散并易于被扬起，形成粉尘云。Wypych和Cook[4]等对影响粉尘云的因素进行了分析，重点研究了物料掉落的高度和温度的影响。

李艳强、吴超等[5]运用气固两相流动理论中的欧拉—拉格朗日离散相模型和湍流等模型，结合计算流体力学的软件，以通风管道为例进行模拟，以研究粉尘在受限空间内的浓度分布规律。分析和讨论气体风速、管径的变化对风管内粉尘浓度分布的影响，得出以下结论：①开始段粉尘浓度轴心区域内较大，随着气流的湍流及两相作用和其他力的影响，颗粒物逐渐向管道两边扩散，管道中央部分的颗粒物浓度逐渐降低。②在风速一定的情况下，由于较粗管道的中央部分受墙或边界的限制较小，所以颗粒物从中部向两边扩散的速度较为缓慢，沉积现象也不太明显。③管径相同时，风速减小会使得粉尘浓度在管道下部逐渐加大，容易沉积，输送效果差。

张原，桂祥友[6]以选煤厂筛分车间为例，选择车间内的除尘管道作为研究对象，以流体动力学和气固两相流理论作为理论依据，结合FLUENT软件模拟了不同粒径的粉尘在除尘管道内的沉降规律，得出了以下结论：①当风速一定时，粒径大的颗粒因其自重大于风带来的拖拽力，会出现明显的沉降现象。②当粒径相同时，风速越小，粉尘越容易出现沉降现象。

杜雅兰等[7]以球形粒子为例，通过计算发现对于粒径远小于边界层厚度、完全浸没在边界层内的微小颗粒，粒径越小的颗粒物越容易沉积；但由于受到边界层剪切流的悬浮力有可能使颗粒浮升起来。此外，通过对多处通风管道内粉尘沉降现象的对比，发现当粉尘组成的沉降率在70%以下时，由于受到其余大于悬浮粒径的颗粒物的冲刷作用，使得管道内未出现积尘现象。且这一结论在通风除尘方面有一定的指导意义。

1.3 激波扬尘实验研究

在许多通风管道内都会有可燃粉尘沉积的现象，当激波扫过粉尘面时会卷起粉尘，形成悬浮流。当激波的能量达到一定足够程度时，会点燃悬浮的可燃粉尘云，引起粉尘爆炸。

激波，又称冲击波，是固体、液体、气体或混合物的介质中，压力、密度等参数在波阵面上发生突跃变化的压力波。能量的突然释放和超音速运动是激波出现的两大特征。通常，将激波分为两大类：一类是雷电、火山爆发、地震等纯自然现象；另一类是在国防、工业及科研实验中制造出的激波现象。

国外学者，如Fletcher[8]、Kauffman[9]、Lebecki[10]，利用激波将沉积在管道底部的粉尘进行二次卷扬以诱发爆炸的实验来研究激波扬尘过程。Suzuki Tateuki和Adachi Takashi[11]也进行了激波卷尘的实验，在实验过程中发现，激波经过粉尘和粉尘被卷起之间存在着滞后现象，而且延迟距离随粒径的减小而较小。

刘晓利，刘殿金，管雪元[12]通过利用水平激波管研究激波对管内壁堆积的直径为5μm的玉米粉尘的抛散效应，利用高速摄影机记录了激波特性和粉尘云的发展。通过摄影机得到的图像显示，从激波经过堆积的粉尘到粉尘被扬起存在一定的滞后性，同时粉尘云的高度也是有限的。