载铅(Ⅱ)高硅质大气矿物细颗粒对大肠杆菌的毒性作用研究

以大气颗粒物中的高硅质矿物细颗粒--石英粉尘和重金属离子附载污染物Pb(Ⅱ)为实验材料,人工制备载铅石英粉尘。以1.6 g·L-1的载铅(Ⅱ)石英粉尘及不同浓度的PbCl₂染毒大肠杆菌细胞,观察染毒2 h后对机体的联合氧化损伤效应,并探讨其对大肠杆菌表面基团及蛋白酰胺I带二级结构的影响。结果表明,与Pb(Ⅱ)、载铅石英粉尘作用后,大肠杆菌细胞活力降低,胞内活性氧(ROS)及丙二醛(MDA)产生增多、谷胱甘肽(GSH)含量下降,引起细菌氧化应激水平的提高;皮尔逊(Pearson)相关性分析显示载铅石英粉尘的细菌毒性与粉尘中Pb(Ⅱ)可交换态含量成正相关,载带高浓度Pb(Ⅱ)的石英粉尘组胞内ROS/MDA水平与其单纯石英粉尘组和Pb(Ⅱ)组比较显著增加(p<0.05);重金属Pb(Ⅱ)、载铅石英粉尘对大肠杆菌菌体表面基团的影响主要集中于磷酸二酯基团和表面多糖分子,采用二阶导、去卷积和谱线拟合技术对酰胺Ⅰ带特征峰(1 600～1 700 cm-1)进行分峰拟合后发现,与Pb(Ⅱ)、载铅石英粉尘(Q-Pb-0,Q-Pb-3)作用后,β-sheets/α-helices的比值由对照组的1.41分别降低到1.33,1.27和1.22,表明细菌表面蛋白质结构发生了变化,从而可能影响了细菌的生理活动。研究表明自由基所产生的氧化损伤可能是载Pb(Ⅱ)石英粉尘的一种重要毒性作用机制,载带Pb(Ⅱ)的复合石英粉尘在致大肠杆菌机体氧化损伤效应方面二者存在一定的协同作用。     

微米/纳米PMMA粉尘爆炸抑制过程中压力特性与热化学动力学的相关性

为了揭示微米/纳米PMMA (polymethyl methacrylate)粉尘爆炸的抑制机理,利用同步热分析仪和20 L爆炸试验装置,对微米/纳米PMMA粉尘在抑爆粉剂NaHCO₃干预下的热解动力学特性和爆炸特性展开了实验研究,分析了惰化爆炸混合体系的爆炸压力特性参数与热化学动力学参数的相关性,并探讨了基于热化学动力学的粉尘爆炸抑制机理。结果表明：NaHCO₃通过物理化学协同抑制作用影响了微米/纳米PMMA粉尘的热解及氧化进程,提高了爆炸混合体系的活化能,减弱了爆炸强度;且抑爆剂粒度越小、添加比例越大,爆炸混合体系的表观活化能越大;与最大爆炸压力相比较,最大爆炸压力上升速率对爆炸体系活化能的敏感度较高,而纳米PMMA粉尘对爆炸混合体系活化能的敏感度大于微米PMMA粉尘,抑爆效果也更显著。     

粉尘爆炸

本文主要讨论粉尘爆炸机理及其防范。     

激波与沉积可燃粉尘相互作用的实验研究

在新建立的激波管中实现了激波对沉积可燃粉尘的卷扬与点火。利用自行设计的瞬态阴影摄影系统和高空间分辨率的新型红外光敏二极管成功拍摄了激波后燃烧粉尘云的阴影图像和测量了激波后可燃粉尘的点火诱导时间。通过对实验结果的较深入的分析，揭示了激波与可燃粉尘床相互作用的基本特征     

轴对称管口激波绕射诱导的复杂两相流动的数值分析

基于稀颗粒群假定下的双流体简化模型,采用具有高精度、高分辨率的数值方法,研究了粉尘气体中轴对称管口激波绕射诱导的复杂两相流动。得到非平衡两相流动不同于纯气体流动的一些基本物理特征,以及粒子物性参数改变对这些特性的影响。     

煤粉尘爆炸过程中火焰的传播特性

为了揭示煤粉尘爆炸过程中火焰传播特征,采用2种不同质量分数挥发分的煤粉在半封闭竖直燃烧管中进行实验。分别使用高速摄影装置和红外热成像装置记录火焰传播过程和空间的温度分布情况,并分析2种煤粉尘云的火焰传播速度和温度曲线。结果表明:在同等条件下,火焰在挥发分质量分数高的煤粉尘云中的传播速度和火焰温度要高于其在挥发分质量分数较低的煤粉尘云中的。煤粉尘云的体积质量和点火能量也影响着火焰的传播过程,随着煤粉尘云体积质量的增大,火焰的传播速度和火焰温度整体上呈现先增大后减小的趋势,在传播的后半段火焰速度出现震荡现象;随着点火能量的增大,火焰在煤粉尘云中的传播速度和最高温度也相应升高。通过大量的实验数据计算得到特定条件下火焰传播速度和温度的经验公式。     

2021-08期封面

铝粉反应模型是对悬浮铝粉尘气-固两相爆轰进行数值模拟研究的关键。通过考虑铝粉燃烧产物氧化铝（Al₂O₃）在高温下的分解吸热反应,改进了铝粉的扩散燃烧模型。将该模型嵌入到三维的气-固两相爆轰数值计算程序中,分别对铝粉/空气混合物以及铝粉/氧气混合物的爆轰进行了数值模拟,计算得到的稳定爆轰波速度与实验结果、文献值均吻合较好,误差小于5.5%,表明改进的铝粉反应模型适用于不同氧化气体氛围中铝粉尘爆轰的模拟计算。此外,对两相爆轰参数及爆轰流场的物理量分布进行分析,获得了铝粉反应模型对爆轰波结构的影响规律。     

月桂酸与硬脂酸粉尘爆炸过程热解动力学与火焰传播特性关系

综合应用同步热分析仪、改进的哈特曼爆炸测试装置及高速摄影系统,对月桂酸与硬脂酸粉尘的热解氧化特性及其在半封闭竖直管道内的火焰传播特性开展了实验研究,并分析讨论了月桂酸与硬脂酸粉尘爆炸燃烧过程中热解动力学与火焰传播特性的关系。结果表明,当粉尘云质量浓度为125 g/m³时,月桂酸粉尘云的火焰锋面结构比硬脂酸平滑,但硬脂酸粉尘的火焰传播速度明显大于月桂酸;随着质量浓度的增加,月桂酸和硬脂酸粉尘的火焰前锋逐渐变得离散,火焰传播速度逐渐增加,但速度差值逐渐减小;月桂酸粉尘的平均火焰传播速度在750 g/m³的粉尘云质量浓度下高于硬脂酸,火焰结构连续性显着降低。低质量浓度条件下月桂酸与硬脂酸粉尘云火焰传播特性差异主要由快速热解阶段的氧化放热特性决定,指前因子越大,参与热解和氧化反应的活性中心越多,氧化放热量越大,放热速率越快,火焰传播速度越快,火焰锋面结构由光滑连续向不规则离散的转变越快。随着粉尘云质量浓度的增加,火焰传播特性差异逐渐由活化能及火焰前锋预热区内氧气的质量输运过程控制,活化能越大,耗氧量越大,耗氧速率越快,越易导致火焰传播速度下降,火焰锋面趋于复杂,火焰结构连续性降低。

     

铝粉/空气二维黏性两相爆轰的数值模拟

为了深入研究爆轰波形成和传播的机理与特性,建立了管内铝粉/空气二维黏性两相爆轰过程的数学模型,采用守恒元与求解元方法进行数值计算,并对其物理参数的分布进行了分析。结果表明:管内燃烧转爆轰的初期,压力沿径向变化明显,与壁面碰撞有明显的反射波;燃烧转爆轰的中后期,压力沿轴向变化明显,但径向效应仍不能忽视,碰撞形成的反射波对最终稳定爆轰波的形成影响较大。研究结果同时表明:不仅铝粉颗粒初始半径对爆轰波的形成与传播有一定的影响;而且气体的黏性作用在研究爆轰管内近壁面处流场时不容忽视。研究结果有利于进一步揭示铝粉燃烧转爆轰的机理。