本書主要介紹氣體和粉塵爆炸防治方面的基本知識(shí)與最新研究成果。全書分緒論、基本概念、可燃?xì)怏w與蒸氣的爆炸極限、密閉空間內(nèi)可燃?xì)怏w的爆炸強(qiáng)度、開(kāi)敞空間可燃?xì)庠频谋◤?qiáng)度、粉塵的爆炸強(qiáng)度、爆炸災(zāi)害的防護(hù)與控制原理及應(yīng)用、密閉空間內(nèi)爆炸的安全泄放原理與應(yīng)用、可燃?xì)怏w和粉塵燃燒爆炸過(guò)程的數(shù)值計(jì)算9章，另有附錄。
前言
本書第1版自出版以來(lái)受到了有關(guān)教師和學(xué)生的好評(píng)，獲批 “十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，榮獲了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀出版物二等獎(jiǎng)。
在總結(jié)近年來(lái)教學(xué)研究與科研成果并收集本書使用者意見(jiàn)和建議的基礎(chǔ)上，編者提出了本次教材修訂方案。根據(jù)氣體和粉塵爆炸相關(guān)研究進(jìn)展，本次修訂增加了“可燃?xì)怏w和粉塵燃燒爆炸過(guò)程的數(shù)值計(jì)算”一章，主要介紹數(shù)值模擬方法、可燃?xì)怏w燃燒數(shù)值模型、煤粉燃燒數(shù)值模型、模擬案例等。通過(guò)這章的學(xué)習(xí)，可以基本掌握氣體和粉塵爆炸過(guò)程的一般方法。本次還對(duì)“粉塵爆炸的強(qiáng)度”一章進(jìn)行了大量修改，刪除了如今很少使用的Hartmann測(cè)試裝置，對(duì)目前最新的測(cè)試方法進(jìn)行了更詳細(xì)的介紹。
全書共分9章。緒論，概要介紹背景知識(shí)、事故劃分及防治對(duì)策等；第1章基本概念，主要介紹燃燒與爆炸的基本概念，討論爆炸發(fā)生的條件，分析各類爆炸的基本特性及其影響因素；第2章可燃?xì)怏w與蒸氣的爆炸極限，重點(diǎn)介紹爆炸極限相關(guān)概念及計(jì)算方法，分析影響爆炸極限的主要因素；第3章密閉空間內(nèi)可燃?xì)怏w的爆炸強(qiáng)度，主要介紹等溫爆炸模型、絕熱爆炸模型、幾何微元計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，闡述影響爆炸強(qiáng)度的因素和規(guī)律；第4章開(kāi)敞空間可燃?xì)庠频谋◤?qiáng)度，介紹影響氣云爆炸強(qiáng)度的主要因素、預(yù)測(cè)方法、實(shí)驗(yàn)方法等；第5章粉塵的爆炸強(qiáng)度，介紹粉塵爆炸的特點(diǎn)、粉塵爆炸發(fā)生條件、影響粉塵爆炸極限和爆炸強(qiáng)度的因素以及粉塵爆炸參數(shù)的測(cè)試方法等；第6章爆炸災(zāi)害的防護(hù)與控制原理及應(yīng)用，主要闡述爆炸災(zāi)害的防護(hù)與控制原理，介紹一些典型的抑爆和隔爆原理、方法與技術(shù)；第7章密閉空間內(nèi)爆炸的安全泄放原理與應(yīng)用，主要介紹安全泄放技術(shù)的基本概念和基本原理，給出泄放面積的設(shè)計(jì)方法，分析了安全閥、爆破片、防爆門（閥）的基本特點(diǎn)和選型依據(jù)；第8章可燃?xì)怏w和粉塵燃燒爆炸過(guò)程的數(shù)值計(jì)算，主要介紹數(shù)值模擬的一般方法、可燃?xì)怏w燃燒與爆炸數(shù)值模型、煤粉燃燒與爆炸數(shù)值模型、模擬案例等。另有附錄。每章開(kāi)頭有內(nèi)容提要和基本要求，結(jié)尾有小結(jié)，還配備了思考題或習(xí)題。
本書引用了很多文獻(xiàn)資料中介紹的研究成果，已盡力在參考文獻(xiàn)中列出，在此對(duì)各位作者表示誠(chéng)摯的謝意。
本書仍保持了第1版的特色和體系，注重對(duì)基本概念和基本參數(shù)或方程的理解和運(yùn)用，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)科學(xué)性、啟發(fā)性和教學(xué)適用性，激發(fā)學(xué)生的科技創(chuàng)新興趣。本書由大連理工大學(xué)畢明樹教授、東北大學(xué)李剛教授、武漢理工大學(xué)陳先鋒教授和大連海事大學(xué)楊國(guó)剛教授編寫。緒論、第1、第2、第6、第7章由畢明樹執(zhí)筆編寫，第5章由李剛編寫，第8章由陳先鋒編寫，第3、第4章由畢明樹和楊國(guó)剛共同執(zhí)筆編寫。鑒于作者水平有限，因此本書在材料的選取與把握，內(nèi)容的安排，語(yǔ)言的敘述等方面，均會(huì)存在這樣那樣的不足，衷心希望讀者批評(píng)指正。
編者
2017年1月
畢明樹，大連理工大學(xué)，校長(zhǎng)助理兼組織部部長(zhǎng)，教授。 1979年考入大連理工大學(xué)，先后攻讀本科和研究生學(xué)歷，并獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。曾在日本Hirosaki University從事合作研究，在美國(guó)University of Illinois at Urbana-Champaign做訪問(wèn)教授�，F(xiàn)任大連理工大學(xué)教授，博士生指導(dǎo)教師。中國(guó)化工裝備協(xié)會(huì) 理事，中國(guó)機(jī)械學(xué)會(huì)壓力容器學(xué)會(huì) 理事，全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)壓力容器分會(huì)理事。受聘全國(guó)百篇優(yōu) 秀博士學(xué)位論文評(píng)審專家、863項(xiàng)目評(píng)審專家、大連市兩灣一島安全評(píng)價(jià)專家。擔(dān)任化工學(xué)報(bào)、石油學(xué)報(bào)、華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)、自然科學(xué)進(jìn)展、東北大學(xué)學(xué)報(bào)、北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)、中北大學(xué)學(xué)報(bào)、環(huán)境工程學(xué)報(bào)、石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)、石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)等審稿人。
0緒論1
0．1工業(yè)生產(chǎn)與安全1
0．2工業(yè)生產(chǎn)中的爆炸事故1
0．3生產(chǎn)中爆炸形式的分類3
0．3．1可燃?xì)怏w和可燃液體蒸氣的爆炸3
0．3．2可燃固體粉塵與空氣混合物的爆炸4
0．3．3化學(xué)反應(yīng)失控而引起的工藝設(shè)備爆炸4
0．4爆炸災(zāi)害防治對(duì)策4
0．5本書的主要內(nèi)容6
思考題6
1基本概念7
1．1燃燒的基本概念7
1．1．1燃燒7
1．1．2閃燃與閃點(diǎn)7
1．1．3自燃與自燃點(diǎn)7
1．2爆炸的基本概念8
1．3爆炸發(fā)生的基本條件8
1．3．1可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸的條件8
1．3．2粉塵發(fā)生爆炸的條件9
1．4爆炸的基本特性11
1．4．1凝聚相含能材料的爆炸11
1．4．2密閉空間可燃?xì)怏w或粉體爆炸12
1．4．3開(kāi)敞空間可燃?xì)怏w或粉體爆炸12
1．4．4沸騰液體膨脹蒸氣爆炸(BLEVE爆炸)14
1．4．5化學(xué)反應(yīng)失控15
1．4．6物理蒸氣爆炸15
1．5爆炸參數(shù)15
1．5．1火焰速度和燃燒速度16
1．5．2理論火焰溫度16
1．5．3爆炸強(qiáng)度17
1．5．4最大試驗(yàn)安全間隙18
1．6爆炸波破壞準(zhǔn)則18
1．6．1爆炸波的結(jié)構(gòu)和破壞機(jī)理19
1．6．2爆炸波破壞準(zhǔn)則20
小結(jié)22
思考題23
習(xí)題23
2可燃?xì)怏w與蒸氣的爆炸極限25
2．1爆炸極限理論25
2．2爆炸極限的影響因素27
2．2．1可燃?xì)怏w或蒸氣的種類及化學(xué)性質(zhì)的影響27
2．2．2混合均勻程度的影響28
2．2．3溫度的影響28
2．2．4初始?jí)毫Φ挠绊?8
2．2．5惰性介質(zhì)或雜質(zhì)的影響29
2．2．6實(shí)驗(yàn)管徑和材質(zhì)的影響30
2．2．7點(diǎn)火能量的影響30
2．3爆炸反應(yīng)方程分析31
2．3．1化學(xué)計(jì)量濃度31
2．3．2完全與不完全燃燒32
2．3．3最危險(xiǎn)濃度33
2．4爆炸極限的計(jì)算33
2．4．1單一燃料在空氣中的爆炸極限的估算33
2．4．2多種可燃?xì)怏w混合物在空氣中的爆炸極限的估算34
2．4．3可燃?xì)怏w與惰性氣體混合物的爆炸極限的估算35
2．4．4可燃?xì)怏w在氧氣中的爆炸極限39
2．4．5可燃?xì)怏w在其他氧化劑中的爆炸極限39
2．5含氧量安全限值40
2．6其他助燃?xì)怏w41
小結(jié)41
思考題42
習(xí)題42
3密閉空間內(nèi)可燃?xì)怏w的爆炸強(qiáng)度44
3．1火焰?zhèn)鞑?4
3．2爆炸過(guò)程的解析解法45
3．2．1質(zhì)量速率方程45
3．2．2壓力上升速率和火焰速度方程46
3．3幾何微元方法50
3．4爆炸強(qiáng)度的測(cè)試56
3．5影響爆炸強(qiáng)度的因素57
3．5．1可燃?xì)怏w活性57
3．5．2可燃?xì)怏w的濃度58
3．5．3點(diǎn)火能量和位置58
3．5．4容器形狀和容器59
3．5．5初始?jí)毫?0
3．5．6初始溫度60
3．5．7湍流狀態(tài)60
小結(jié)61
思考題61
習(xí)題61
4開(kāi)敞空間可燃?xì)庠频谋◤?qiáng)度63
4．1影響可燃?xì)庠票◤?qiáng)度的因素63
4．1．1可燃?xì)庠铺匦缘挠绊?3
4．1．2周圍環(huán)境對(duì)爆炸的影響64
4．1．3天氣情況的影響65
4．1．4點(diǎn)火能量、點(diǎn)火位置的影響65
4．2氣云爆炸強(qiáng)度的研究和預(yù)測(cè)方法65
4．2．1實(shí)驗(yàn)方法66
4．2．2經(jīng)驗(yàn)與理論研究方法68
小結(jié)73
思考題74
5粉塵的爆炸強(qiáng)度75
5．1粉塵爆炸的特點(diǎn)75
5．1．1粉塵的概念75
5．1．2粉塵爆炸發(fā)生的條件76
5．1．3粉塵爆炸的特點(diǎn)77
5．2粉塵爆炸參數(shù)的確定78
5．2．1粉塵云濃度的測(cè)試79
5．2．2爆炸下限（LEC）的測(cè)試81
5．2．3爆炸強(qiáng)度的測(cè)試82
5．2．4最小點(diǎn)火能（MIE）的測(cè)試84
5．2．5粉塵最低著火溫度（MIT）的測(cè)試85
5．3粉塵爆炸的影響因素87
5．3．1粉塵粒度87
5．3．2粉塵性質(zhì)和濃度87
5．3．3氧化劑濃度87
5．3．4點(diǎn)火能量88
5．3．5含雜混合物的影響89
5．3．6爆炸空間形狀和尺寸89
5．3．7初始?jí)毫Φ挠绊?0
5．3．8湍流度的影響90
小結(jié)91
思考題92
6爆炸災(zāi)害的防護(hù)與控制原理及應(yīng)用93
6．1可燃物質(zhì)濃度控制93
6．1．1操作參數(shù)控制94
6．1．2防止泄漏94
6．1．3除塵95
6．2氧化劑濃度控制95
6．2．1遇水發(fā)生燃燒爆炸的物質(zhì)96
6．2．2混合危險(xiǎn)性物質(zhì)98
6．3惰化技術(shù)99
6．4點(diǎn)火源控制100
6．4．1防止明火100
6．4．2防止靜電101
6．4．3防止自燃102
6．4．4防雷103
6．5爆炸抑制技術(shù)104
6．5．1爆炸抑制技術(shù)的有效性和局限性104
6．5．2爆炸探測(cè)器的工作原理105
6．5．3爆炸信號(hào)控制器的工作原理107
6．5．4爆炸抑制器的工作原理107
6．6爆炸阻隔技術(shù)110
6．6．1阻火器110
6．6．2主動(dòng)式隔爆裝置113
6．6．3被動(dòng)式隔爆裝置115
小結(jié)116
思考題118
7密閉空間內(nèi)爆炸的安全泄放原理與應(yīng)用119
7．1泄放過(guò)程理論分析119
7．1．1泄放能力的計(jì)算119
7．1．2泄放面積的理論計(jì)算121
7．2泄放面積工程設(shè)計(jì)121
7．2．1比例法121
7．2．2高強(qiáng)度包圍體泄壓設(shè)計(jì)圖算法122
7．2．3低強(qiáng)度包圍體的泄壓設(shè)計(jì)130
7．2．4經(jīng)驗(yàn)公式法130
7．2．5泄放管的影響132
7．3泄放過(guò)程的其他危害132
7．3．1火焰擴(kuò)展133
7．3．2壓力擴(kuò)展133
7．3．3反坐力133
7．4泄放裝置的設(shè)置與選型133
7．4．1泄放裝置的設(shè)置原則133
7．4．2泄放裝置的選型134
小結(jié)141
思考題142
習(xí)題143
8可燃?xì)怏w和粉塵燃燒爆炸過(guò)程的數(shù)值計(jì)算144
8．1數(shù)值模擬方法介紹144
8．2可燃?xì)怏w燃燒數(shù)值模擬145
8．2．1層流預(yù)混火焰模型145
8．2．2層流擴(kuò)散火焰模型146
8．2．3湍流火焰模型147
8．2．4化學(xué)反應(yīng)模型149
8．3煤粉燃燒數(shù)值模擬150
8．3．1氣相模型151
8．3．2顆粒相模型151
8．3．3燃燒模型152
8．3．4傳熱模型154
8．4模擬案例155
8．4．1甲烷-空氣預(yù)混氣體爆炸155
8．4．2煤塵-甲烷預(yù)混氣體爆炸模擬160
小結(jié)161
思考題162
附錄163
附錄1常見(jiàn)液體的閃點(diǎn)163
附錄2常見(jiàn)物質(zhì)的自燃點(diǎn)165
附錄3幾種典型場(chǎng)合的點(diǎn)火能量166
附錄4部分氣體最低點(diǎn)火能量166
附錄5常見(jiàn)粉塵的最小點(diǎn)火能量166
附錄6常見(jiàn)介質(zhì)的基本燃燒速度167
附錄7部分可燃性氣體或蒸氣的最大試驗(yàn)安全間隙值167
附錄8常見(jiàn)可燃介質(zhì)的燃燒熱和爆炸極限168
附錄9可燃?xì)怏w或蒸氣極限氧含量(以N2或CO2稀釋)169
附錄10懸浮可燃粉塵極限氧含量(以N2或CO2稀釋)170
附錄11懸浮可燃粉塵極限氧含量(以N2稀釋)171
附錄12典型助燃?xì)怏w氟、氯、氧、氧化亞氮的性質(zhì)173
附錄13部分與水等發(fā)生爆炸反應(yīng)物質(zhì)的性質(zhì)173
附錄14部分遇到空氣即自燃的物質(zhì)的性質(zhì)174
附錄15常用物質(zhì)的電阻率175
附錄16常見(jiàn)物質(zhì)介電常數(shù)表176
參考文獻(xiàn)177
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