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奈米金屬粒子傳輸管道彎曲度爆炸研究：鐵及鈦
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內容簡介
本研究計畫的目的在分析奈米金屬粉塵經改良彎管進行爆炸試驗，氣體進料流速的改變對奈米金屬粉塵的爆炸壓力與壓力上升速率影響、奈米金屬粉塵碰撞靈敏度與最小點火能量，獲得奈米金屬粉塵運送與爆炸相關資料。研究中，使用三種奈米金屬粉塵(鋁、鐵與鈦)，粒徑35 nm、不同粉塵濃度，不同進料流速進行爆炸分析及碰撞造成燒結分析，分析相關資料探討金屬粉塵進料氣體流速與爆炸之關係，並改良粉塵輸送管件進料角度為135度，探討粉體經改良彎管後壓力的變化與鋼球底部粉塵燒結情形。研究顯示輸送管件彎曲角度增加即有較大的曲率半徑時，奈米鐵粉、奈米鈦粉在輸送時相對於管件為90度角具有較大的緩衝，可降低粉塵的燒結，使得粉塵的進料濃度增大、輸送流速提高，減少燒結產生。可以發現改良管件後粉塵的爆炸壓力與壓力上升速率較未改良前增加，顯示在改良進料輸送管件角度為135度後奈米金屬粉塵在輸送時減低粉塵粒子碰撞到固體壁，較多的粉塵粒子能進入鋼球內形成均勻的粉塵氣雲，使得爆炸壓力與壓力上升速率增大。奈米鋁粉、奈米鐵粉以氮氣輸送下的最小點火能量因氧氣濃度降低而提高，奈米鈦粉在氮氣的實驗結果與空氣的結果一樣，皆只要1mJ就可引燃，因本研究只增加氮氣濃度、降低氧含量，加上鈦是少數會在純氮氣中燃燒的元素，因此，奈米鈦粉的最小點火能量只需1mJ就可引燃。
本研究提供20升爆炸鋼球輸送管件改良後對奈米鋁粉、鐵粉及鈦粉的爆炸特性與燒結現象的影響，其結果可作為輸送管件的設計並提供工業與學術上參考，預防奈米粉塵爆炸危害的發生，以達降災目的。奈米金屬粉塵的最小點火能量均小於1 mJ，改以氮氣輸送的最小點火能量還是很小，極容易被點燃，因此，在於原料製造、管線輸送及除塵作業時，需注意靜電、明火等影響。
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