書籍介紹
奈米金屬粉末無論是研究發展或是工業界應用，目前皆是廣泛討論研究之材料，其中，奈米鋁粉、奈米鈦粉以及奈米鐵粉等可燃、爆性粉末，均有高額產量及大量應用領域，與此同時，在粉末粒徑進入奈米尺度的情況下，粉塵比表面積大幅提昇，增加此三種粉塵可被點燃的機會，因此，潛在的粉塵爆炸危害風險將廣幅增加，另外，微米尺度粉塵爆炸的現象、測試方法以及量化參數是否具有相同的實驗尺度基點，也需要深入探討，故本次計畫針對上述三種奈米金屬粉末，進行三種不同粒徑的爆炸特性參數實驗，如最大爆炸壓力、最低爆炸濃度以及爆炸特性參數Kst值之量測與計算，期能量化其粉塵爆炸特性，並據此提出適當的安全防護建議。
實驗結果發現，20公升爆炸鋼球標準測試方法可以獲得奈米鋁粉35 nm的實驗數據，但是無法進行奈米鈦粉以及奈米鐵粉的粉塵爆炸實驗，此兩種奈米金屬粉末進入鋼球後，於粉塵產生噴嘴沉積並產生高熱高溫，無法均勻分散至鋼球內進行粉塵爆炸實驗，經過奈米金屬粉末點燃實驗測試，說明標準測試方法會因為奈米金屬粉末於入料過程團聚，形成凝結現象呈現擬固體熱傳方式，無法產生局部熱點引燃，因此本計畫改良入料程序，選擇適當的擾流條件，成功完成奈米金屬粉塵爆炸實驗。改良式實驗結果顯示三種奈米金屬粉塵的最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上昇速率以及最低爆炸濃度，分別為奈米鋁粉10.5±0.8、912.5±410.5 bar及20 g/m3（粒徑35 nm）；奈米鈦粉6.65±0.25 bar、435.5±58.5 bar及60 g/m3（所有測試粒徑）；奈米鐵粉3.9±0.4 bar、282±51.0 bar及125 g/m3（粒徑35 nm），另實驗結果發現粉塵粒徑與最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上昇速率以及最低爆炸濃度間，並無絶對線性關係，實驗結果另顯示Al-35 nm達到Kst危害等級3（嚴重爆炸），其餘不同粒徑金屬粉塵皆為危害等級1（弱或中度爆炸），顯示奈米鋁粉的爆炸危害程度影響最鉅。
本計畫研究成果提供奈米鋁粉（35 nm、75 nm及100 nm）、奈米鈦粉（35 nm、75 nm及100 nm）及奈米鐵粉（15 nm、35 nm及65 nm）的粉塵最大爆炸壓力、最大爆炸上昇速率、爆炸特性參數Kst值以及最低爆炸濃度，予奈米金屬粉應用業界、本會檢查處、各檢查所及安衛處參考使用，預防奈米金屬粉塵爆炸危害。
目次
摘 要iAbstractii目錄iv圖目錄v表目錄vii第一章 計畫概述1第一節 前言1第二節 目的2第三節 工作項目3第二章 奈米粉塵爆炸實驗－實驗方法6第一節 奈米粉塵粒徑影響6第二節 奈米粉塵爆炸實驗樣品6第三節 奈米粉塵爆炸實驗設備7第四節 奈米粉塵爆炸實驗步驟10第五節 奈米粉塵燃燒實驗測試15第六節 實驗尺度奈米粉塵爆炸特性參數應用19第三章 奈米粉塵爆炸實驗結果21第一節 20公升爆炸鋼球標準測試程序實驗結果21第二節 奈米粉塵燃燒實驗測試實驗結果26第三節 20公升爆炸鋼球改良測試程序實驗結果30第四章 結果與討論48第五章 結論與建議52第一節 結論52第二節 建議54誌謝55參考文獻56圖目錄圖 1 20公升爆炸鋼球外觀圖4圖 2 20公升爆炸鋼球測試點火藥外觀4圖 3 20公升爆炸鋼球設備示意圖9圖 4 計時器及自耦變壓器16圖 5 溫度量測系統示意圖17圖 6 高速攝影系統17圖 7 奈米金屬粉塵燃燒顯像實驗儀器設備配置圖18圖 8 標準程序量測之Al 35 nm (a) 最大爆炸壓力 (b) 最大爆炸壓力上昇速率21圖 9 奈米鈦粉Ti-35 nm (a) 燒結產物熔融成金屬塊；(b) 燒結在料斗中的鈦粉23圖 10 奈米鐵粉Ti-15 nm (a) 於粉塵產生噴嘴沉積並產生高溫；(b)燒結在進料閥上25圖 11 Al-35 nm點火燃燒實驗27圖 12 Ti-35 nm點火燃燒實驗28圖 13 Fe-35 nm點火燃燒實驗29圖 14 改良程序量測之Al-35 nm (a) 最大爆炸壓力及 (b) 最大爆炸壓力上昇速率30圖 15 改良程序量測之Al-35 nm最低爆炸濃度實驗測試圖31圖 16 改良程序量測之Al-75 nm (a) 最大爆炸壓力及 (b) 最大爆炸壓力上昇速率32圖 17 改良程序量測之Al-75 nm最低爆炸濃度實驗測試圖33圖 18 改良程序量測之Al-100 nm (a) 最大爆炸壓力及 (b) 最大爆炸壓力上昇速率34圖 19 改良程序量測之Al-100 nm最低爆炸濃度實驗測試圖35圖 20 改良程序量測之Ti-35 nm (a) 最大爆炸壓力及 (b) 最大爆炸壓力上昇速率36圖 21 改良程序量測之35 nm鈦粉最低爆炸濃度實驗測試圖37圖 22 改良程序量測之Ti-75 nm (a) 最大爆炸壓力及 (b) 最大爆炸壓力上昇速率38圖 23 改良程序量測之75 nm鈦粉最低爆炸濃度實驗測試圖39圖 24 改良程序量測之Ti-100 nm (a) 最大爆炸壓力及 (b) 最大爆炸壓力上昇速率40圖 25 改良程序量測之Ti-100 nm最低爆炸濃度實驗測試圖41圖 26 改良程序量測之Fe-15 nm (a) 最大爆炸壓力及 (b) 最大爆炸壓力上昇速率42圖 27 改良程序量測之Fe-15 nm最低爆炸濃度實驗測試圖43圖 28 改良程序量測之Fe-35 nm (a) 最大爆炸壓力及 (b) 最大爆炸壓力上昇速率44圖 29 改良程序量測之Fe-35 nm最低爆炸濃度實驗測試圖45圖30 改良程序量測之Fe-65 nm (a) 最大爆炸壓力及 (b) 最大爆炸壓力上昇速率46圖31 改良程序量測之Fe-65 nm最低爆炸濃度實驗測試圖47表目錄表 1 本次計畫實驗所用之奈米鋁粉資料7表 2 本次計畫實驗所用之奈米鈦粉資料7表 3 本次計畫實驗所用之奈米鐵粉資料7表 4 20公升爆炸鋼球詳細尺寸及技術資料....……………………………………………....9表 5 量測粉塵最大爆炸壓力需進行之系列實驗11表6 量測粉塵最低爆炸濃度需進行之系列實驗13表7 是否成功爆炸之爆炸壓力判斷準則13表8 粉塵爆炸過壓所產生的危害影響19表9 粉塵爆炸等級表20表10 標準程序量測之Al-35 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)21表11 奈米鈦Ti-35 nm、Ti-75 nm及Ti-100 nm粉塵爆炸系列實驗結果22表12 奈米鐵粉Fe-15 nm、Fe-35 nm及Fe-65 nm粉塵爆炸系列實驗結果24表13 奈米金屬粉末之點火性能實驗條件與參數…………………………………………..26表14 改良程序量測之Al-35 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)30表15 改良程序量測之Al-35 nm最低爆炸濃度(MEC)31表16 改良程序量測之Al-75 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)32表17 改良程序量測之Al-75 nm最低爆炸濃度(MEC)33表18 改良程序量測之Al-100 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)34表19 改良程序量測之Al-100 nm最低爆炸濃度(MEC)35表20 標準程序量測之Al-35 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)36表21 改良程序量測之Ti-35 nm最低爆炸濃度(MEC)36表22 改良程序量測之Ti-75 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)38表23 改良程序量測之Ti-75 nm最低爆炸濃度(MEC)……………………………………..38表24 改良程序量測之Ti-100 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)39表25 改良程序量測之Ti-100 nm最低爆炸濃度(MEC)40表26 改良程序量測之Fe-15 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)42表27 改良程序量測之Fe-15 nm最低爆炸濃度(MEC)43表28 改良程序量測之Fe-35 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)44表29 改良程序量測之Fe-35 nm最低爆炸濃度(MEC)44表30 改良程序量測之Fe-65 nm最大爆炸壓力(Pmax)及最大昇壓速率((dP/dt)max)46表31 改良程序量測之Fe-65 nm最低爆炸濃度(MEC)47表32 奈米金屬粉塵爆炸測試數據48
分類
其他詳細資訊
- 英文題名：Study of Explosion Characteristics of Industrial Nano Dust Used in Domestic
- 出版品網址（線上版或試閱版)：連結
- 適用對象：成人(學術性)
- 關鍵詞：奈米金屬粉末、爆炸特性參數、20公升爆炸鋼球
- 附件：無附件
- 頁/張/片數：57
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