研究铝粉爆炸泄放机理及特性对工业粉尘爆炸防护具有重要意义。目前针对爆炸泄放已经开展了诸多研究,但在一套装置上系统开展密闭爆炸、无管及有管泄爆对比研究鲜见报道。另外,实验研究多数关注最大爆炸压力Pmax和最大压力上升速率(dp/dt)max的变化,对其内在机理的描述及火焰和压力波的发展,需要通过数值模拟实现。迄今还未见资料提出涵盖扬尘、点火、爆炸及泄放全过程的铝粉泄爆数值模拟技术。基于以上现状,本文在1.3L Hartmann装置内进行大量铝粉爆炸泄放实验研究,并利用计算流体动力学软件Fluent对此过程进行了数值模拟,本文主要内容及结论如下：(1)对1.3L Hartmann实验装置进行改进,实现了在一套装置上开展密闭空间铝粉爆炸、无管泄爆、泄爆直管泄爆、泄爆弯管泄爆的对比研究,获得了四种实验条件下,铝粉最大爆炸压力Pmax和最大压力上升速率(dp/dt)max的影响因素及规律。(2)通过建立气相湍流流动模型、气固两相湍流流动方程、气相湍流燃烧模型、辐射换热模型、铝粉燃烧模型,建立了包括扬尘、点火、密闭爆炸、爆炸泄放的全过程模拟模型,实现了对密闭空间粉尘爆炸、无管泄爆、泄爆管泄爆数值模拟分析。选择3mm×3mm、2mm×2mm、1mm×1mm10.5mm×0.5mm 4种密度网格进行了独立性分析,确定网格密度为1mm×1mm时精度较高且计算经济性较好。分别对密闭铝粉爆炸、无管泄爆、泄爆管泄爆模拟进行了验证,确定了数值模拟的可行性。(3)实验发现,密闭空间内因粉尘燃烧不完全,故最佳粉尘浓度500g·m-3处于贫氧浓度区。微米级粉尘因沉降作用,Pmax和(dp/dt)max随铝粉粒径dp增大而降低。当铝粉粒径降低至纳米级别,dp对Pmax和(dp/dt)max的影响不明显。数值模拟发现,1.3L哈特曼管内铝粉燃烧过程为典型的爆燃过程。与气体燃爆相比,由于铝粉与湍流的相互作用,火焰面形状非常不规则,燃烧更为复杂。粉尘粒径变为小尺度或纳米级时,采用两相流的离散相模型模拟误差较大。(4)实验发现,无管泄爆时,随着开启压力Pv的增大Pmax随之增加；泄爆口径越小,泄爆膜越薄,升压速率越大。与密闭空间等容爆炸相比,泄放导致可燃介质减少,无管泄爆过程的Pmax和(dp/dt)max降低,但最佳爆炸浓度仍为500 g·m-3。数值模拟发现,无管泄爆扬尘与密闭扬尘结果相同,扬尘较为均匀。数值模拟发现,点火时火焰面非常不规则。点火后,火焰向Hartmann两侧传播,在达到泄爆压力后,泄爆口打开,内部压力波以环状向外传播,形成泄压通道。(5)实验发现,泄爆管可以有效地将泄放介质导出,但同时又强化了容器内的压力值,且弯管强化效果强于直管。压力波在泄爆管内的传播速度及强度逐渐减弱。随着泄爆膜开启压力Pv升高,Hartmann管及泄爆管内Pmax随之增大。数值模拟发现,火焰较压力波有很大滞后。火焰传播至泄放口,对火焰面起到强烈扰动作用,火焰面形成一突前的尖端,进入泄放通道。对比无管泄爆发现,由于泄爆管存在,导致火焰面传播至泄放口时产生更强烈扰动,使泄爆容器内外产生更高压力峰值。