随着现代工业的发展,易燃粉尘得到了广泛应用,粉尘爆炸的潜在危险性也大大增加。粉尘爆炸危害对众多涉及易燃粉尘制备、使用和处理的行业,如煤炭、粮食、冶金、化工、纺织等,一直构成持续的威胁。尤其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。粉尘云最小点火能是重要的粉尘爆炸特性参数之一,它在粉尘爆炸危险性评估及如何采取避免有效点火源防爆措施等方面具有重要意义。长期以来从事粉尘防爆工作的科学家们采用各种方法对粉尘云最小点火能进行了测试及研究。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VDI2263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、数值模拟和实验相结合的研究方法,从理论和实验两个方面对粉尘云电火花点火特点、条件及影响因素进行了系统的研究与分析,根据粉尘云电火花点火条件及粉尘云点火机理建立了完整的粉尘云电火花点火数学模型,实现了从理论方面对粉尘云点火过程的研究。首先,从设计辅助火花触发三电极放电系统入手,在全面分析已有的7种电火花触发电路基础上,设计了火花放电及最小点火能测试系统,自主研发了集高压继电器触发双电极系统、电极移动触发双电极系统、辅助火花触发三电极系统于一体的最小点火能测试装置,可分别实现不同级别能量的电火花放电,为不同的测试需求提供了选择。通过实验测量了玉米淀粉、石松子粉、小麦粉的最小点火能。将实验测量与大量文献调研相结合,全面、系统地分析了粉尘浓度、点火延迟时间等敏感条件对最小点火能的影响规律,结合电火花放电过程和粉尘云点火机理详细分析了影响规律的内在实质,为实验中快速、准确得到测量条件提供了重要而有效的指导。针对粉尘云爆炸指数测量中使用化学点火头的缺点,自主设计了大能量电火花发生系统,开发了目前唯一支持10kJ大能量静电点火的粉尘爆炸参数测试装置。通过实验,研究了电火花点火和化学点火在测量粉尘爆炸指数中的区别,对大能量电火花点火的可行性进行了验证,为实现静电火花点火对传统化学点火的替代提供了有效的实验设备。采用示波法,利用高压探头和电阻分流器分别对放电电极两端的电压和电流进行检测,采用放电功率对时间积分的方式计算电火花能量。分析了在电感负载情况下的电火花放电波形；分析了充电能量对放电波形和火花能量的影响；分析了在不同充电能量情况下能量的转换率以及误差来源。在点火系统等效电路的基础上建立了电感负载情况下的R-C-L放电微分方程,利用龙格一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。其次,在详细分析粉尘云点火机理的基础上,结合两相流、传热学和化学反应动力学理论,根据实验中粉尘云电火花点火过程,建立了粉尘云最小点火能数学模型。依据不同的点火机理,分别分析了均相反应、非均相反应以及均相反应和非均相反应同步进行的点火过程,并提出了点火判据。模型中粉尘颗粒的燃烧考虑了水分蒸发、挥发分析出、气相反应和颗粒表面反应,并认为颗粒表面反应同时受氧化剂向颗粒表面扩散的速率和化学反应的动力速率所控制,模型中还考虑了辐射换热效应。通过涡旋扩散系数的计算,考虑了湍流对电火花点火过程的影响,克服了已有模型因忽略湍流导致的计算误差。利用数学模型分析了电火花放电时间、火花直径、粉尘浓度、粉尘颗粒粒径等对粉尘云最小点火能的影响,计算得到了铝粉和玉米淀粉的最小点火能,并利用实验测量结果对模型的有效性进行了验证。理论分析表明,计算结果与实验结果比较相符,在不考虑放电冲击波影响的条件下,电火花放电时间对计算结果影响不大,而火花能量在空间上的分布对结果有重要影响。开发的粉尘云最小点火能测试系统具有重要的实用价值,通过对实验过程的分析可进一步加深对粉尘云电火花点火过程和机理的理解；所建立的完整的粉尘云最小点火能数学模型具有重要的理论价值。将实验测量结果与模型计算结果相结合可以使粉尘云最小点火能的确定更合理、准确,为粉尘爆炸预防提供了可靠的科学依据。