火花放电能量的实验与研究

论文摘要

随着新技术的应用和生产规模的扩大,日益频发的粉尘爆炸事故造成了严重的人员伤亡及财产损失。因此,对粉尘爆炸特性参数进行深入研究就显得十分必要,对于预防和控制此类工业灾害性事故具有重要的实际意义和科研价值。本文主要研究目的是利用积分法测量粉尘云最小点火能和粉尘爆炸参数静电点火实验装置的火花能量。目前,对于粉尘云最小点火能的测试主要参照德国工程师协会VD12263和国际电工委员会IEC31标准。本文在前人研究的基础上,采用理论分析和实验相结合的研究方法,采用示波法,利用高压探头和电流探头对电极两端的电压和电流进行检测,对采集到的曲线进行大量的数据处理和分析并将放电功率对时间积分的方式计算电火花能量。由于受到运输和购买等条件制约,导致用于大能量点火的化学点火头的局限,因此,对静电点火的研究迫在眉睫,目前两者在测试爆炸参数方面存在差异。除了两者点燃机理的不同,在火花能量上也存在着差异。本文首次对静电火花的能量进行了测量,并对放电曲线的电流、间隙电阻、放电功率及能量等进行比较和分析,并积分能量计算。利用Multisimll对充放电进行仿真,并对仿真数据进行分析。从RCL二阶零输入响应入手,将点火能和大能量归纳为欠阻尼和过阻尼两种情况,点火能进一步采用电感负载情况下的R-C-L放电微分方程,利用龙格-库塔法模拟了电火花放电过程中电极间隙电阻和间隙电流的变化,通过放电模型计算了电极间隙放电能量（火花能量）,将放电模型的计算结果与实验测量结果相结合,为实验中点火电路参数的确定提供了有效的指导,为使用火花能量来衡量粉尘云最小点火能提供了重要的实验结果。在大能量方面,利用电流上升时间等参数计算出回路等效电阻,分析放电能量的比例。此外,分别对石松子粉和HCMA两种粉尘的化学点火和静电点火的实验参数：最大爆炸压力（Pmnaax）、爆炸指数（Kst）和爆炸下限（MEC）进行比较和分析,并分析两种点火方式的差别结果和原因进行分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 粉尘爆炸的简述
• 1.2.1 粉尘爆炸定义
• 1.2.2 粉尘爆炸的特点与条件
• 1.3 研究意义与目的
• 1.4 研究现状
• 1.5 研究目标、方法及内容
• 第2章 实验装置
• 2.1 粉尘云最小点火能测试装置
• 2.1.1 哈特曼管爆炸装置
• 2.1.2 粉尘分散系统
• 2.1.3 电极
• 2.1.4 电火花触发系统
• 2.2 20L球形爆炸试验装置
• 2.2.1 20L球粉尘爆炸测试系统组成
• 2.2.2 点火系统
• 2.2.3 20L球形爆炸容器
• 2.3 测量系统
• 2.3.1 泰克示波器TDS1000B—SC介绍
• 2.3.2 泰克示波器DP02024介绍
• 2.3.3 电压测量
• 2.3.4 电流测量
• 2.4 数据分析程序
• 第3章 点火能火花积分实验与分析
• 3.1 三种负载方式放电曲线
• 3.1.1 无负载方式放电曲线
• 3.1.2 电阻负载方式放电曲线
• 3.1.3 电感负载方式放电曲线
• 3.2 最小点火能火花能量实验及分析
• 3.2.1 测量系统与参数
• 3.2.2 放电曲线
• 3.2.3 火花能量积分计算
• 3.3 放电火花分析
• 3.3.1 周期
• 3.3.2 放电时间
• 3.3.3 电压与电流
• 3.3.4 分布电感和分布电容
• 第4章 大能量火花积分实验分析与仿真
• 4.1 大能量火花放电测量系统
• 4.2 实验曲线及分析
• 4.2.1 实验曲线
• 4.2.2 电流比较
• 4.2.3 放电火花间隙电阻曲线
• 4.2.4 放电火花功率曲线
• 4.2.5 放电火花能量
• 4.3 Multisim仿真
• 4.3.1 回路等效电阻
• 4.3.2 仿真电路图
• 4.3.3 仿真波形
• 4.3.4 仿真放电能量积分
• 第5章 火花能量模型与误差分析
• 5.1 二阶电路零输入响应
• 5.2 最小点火能回路等效分析
• 5.3 大能量放电回路等效分析
• 5.4 误差分析
• 5.4.1 系统误差
• 5.4.2 测量误差
• 第6章 化学点火与静电点火实验分析
• 6.1 石松子粉化学与静电点火对比
• 6.1.1 化学点火
• 6.1.2 静电点火
• 6.2 HCMA化学与静电点火对比
• 6.2.1 化学点火
• 6.2.2 静电点火
• 6.3 实验分析
• 6.3.1 最大爆炸压力和爆炸指数
• 6.3.2 爆炸下限
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的论文
• 致谢