20L球形装置上粉尘湍流速度的测量

　　粉尘湍流速度和浓度对粉尘爆炸强度以及粉尘爆炸特性参数的测试有很大影响[1~6]·因此,要比较不同装置上测量得到的粉尘爆炸特性参数最小点火能,就要保证测量条件尽可能一致·为此,了解不同分散装置上粉尘湍流速度的大小,对比较不同装置上测量得到的最小点火能是必不可少的·20 L球形装置是用于测试粉尘爆炸特性参数的标准装置之一,在这个装置中人们已经对许多种粉尘进行了大量测试,获得了很多有价值的数据·为了更好地将这些数据应用于工业实际,测量粉尘爆炸前分散系统诱导的湍流速度,以便与工业实际情况相比较,是非常必要的·

　　用数学方法准确地描述湍流流动现象是很难的·湍流是一种不规则的流动状态,其变量随时间和空间随机变化,但可用统计平均值来识别[7]·对于粉尘粒子一般用粉尘粒子的统计均方根值RMS(Root-Mean-Square)来描述湍流速度,即

式中,N为测量次数;ui为第i个粉尘粒子速度;u为N次测量的平均速度·

　　通常使用热线风速仪或激光多谱勒测速仪测量湍流速度RMS[7~10]·热线风速仪属于接触式测量仪器,测量探头容易沾污,同时受粒子的冲刷极易损坏,测量精度也受标定条件的限制·激光多谱勒测速法属于无接触式测量方法·激光测速仪原则上不需要标定,它的测量范围宽,抗干扰能力强,可直接测量粉尘粒子的速度·本文采用DANTEC激光多谱勒测速仪,对20 L球形装置上的粉尘粒子速度进行了测量,在对数据进行分析研究的基础上,通过统计计算得到了20 L球形装置上的RMS湍流速度·

　　1　20 L球形装置上粉尘粒子速度的测量

　　1.1　粉尘粒子速度测量位置及激光测速仪测量参数的选取

　　从20 L球形装置的观察窗到球心的水平半径上选了5个测量点,5个测量点的连线与20 L球形装置的标准环行喷射器呈35°夹角,如图1所示·球心为其中的一个测量点,相邻测量点之间的距离为30 mm·分别对5个测量点的水平方向和垂直方向的RMS湍流速度进行了测量·

　　激光测速仪光电倍增管高压以及测量频带宽度(测速范围)的选取对测量灵敏度有影响,它们的选取应在保证足够高的信噪比的条件下,尽量选取高的灵敏度,以便在单位时间内获得更多的测量数据·通过实验比较,激光测速仪的参数选取为:光电倍增管高压1 100 V;频带宽度36 MHz(测速范围:-23·8~119·0 m/s);测量粒子数为1 000·

　　1.2　测量结果及讨论

　　被测粉尘为干燥的玉米淀粉(湿度为2·4%),中位粒径d50为16·9μm·对5个测量点,在水平方向和垂直方向分别重复进行了10次测量·对测量得到的粉尘粒子速度参数按照公式(1)和公式(2)进行统计计算,便得到了RMS湍流速度·RMS湍流速度的计算窗口时间为10 ms·