Determination of the explosion severity parameters of biomass is crucial for the safety management and dust explosion risk assessment of biomass-processing industries. These are commonly determined following experimental tests in the 20L sphere according to the international standards. Recently, CFD simulations have emerged as a reliable alternative to predict the explosion behavior with good accuracy and reduced labor and capital. In this work, numerical simulations of biomass dust explosions are conducted with the open-source CFD code OpenFOAM. The multi-phase (gas-solid) flow is treated in an Eulerian-Lagrangian framework, using a two-way coupling regime and considering the reactions of biomass conversion (moisture evaporation, devolatilization, and char oxidation), the combustion of volatile gases, and convective and radiative heat transfer. The model is validated with pressure-time and concentration-dependent experimental measurements of two biomass samples. Results suggest that the characteristics of the cold-flow (\i.e. turbulence levels, actual dust concentration, spatial distribution of the dust cloud, and turbophoresis effect) govern the course of the explosion process, and depend strongly on particle size, dust concentration, and ignition delay time effects. These findings may be relevant in the design of better dust explosion testing devices and to the reexamination of the guidelines for the operation of the experiment. Finally, a thorough discussion on the explosion pressures, degree of biomass conversion, flame temperature, flame propagation patterns, and the dust agglomeration effect is presented.


翻译:生物物质爆炸严重程度参数的确定对于生物物质加工业的安全管理和灰尘爆炸风险评估至关重要,这些通常是在20L范围内根据国际标准进行实验性试验后确定的;最近,CFD模拟已经出现,作为可靠替代物,可以准确预测爆炸行为,减少人工和资本;在这项工作中,生物物质尘爆炸的数字模拟是使用开放源代码CFD代码OpenFoFAM进行的;多阶段(气体-固体)流动是在Eularian-Lagrangian框架内处理的,采用双向组合制度,并考虑到生物物质转换(水分蒸发、蒸发、蒸发和腐蚀)、挥发性气体燃烧和热转移的可靠替代物;该模型经过压力-时间和依赖浓度的实验性测量,对两个生物物质样品进行验证;冷流(e)的特性(表面波动水平、实际灰尘浓度、灰尘云的空间分布和涡轮反应)在管理爆炸过程,并在很大程度上取决于生物物质转换过程的反应;挥发性气体蒸发性气体的燃烧模式的燃烧模式、粉尘浓度和火力试验的最终结果,以及爆炸性试验阶段的试算结果。

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