Aufwirbelung von Staub durch Druckwellen in Luft

Staubexplosionen sind eine große Gefahrenquelle in Industriebetrie ben, in denen brennbare Stäube verarbeitet werden oder als Nebenpro dukt entstehen. Beispiele solcher gefährdeten Betriebe sind Zucker fabriken, Getreidemühlen, besonders aber der Kohlenbergbau. Das I~ gangsetzen einer Explosion setzt voraus, da~ es zur Bildung eines Staub-Luft-Gemisches kommt. Die Staubkonzentration in diesem Gemisch muß Werte innerhalb gewisser Grenzen annehmen; oberhalb und unter halb dieser Grenzen ist das Gemisch nicht explosionsfähig. Die kri tischen Konzentrationswerte sind durch die Staubart bestimmt [1J. In den oben genannten Industriebetrieben setzt sich Staub an festen Wänden und Böden ab. Zur Ausbildung des Staub-Luft-Gemisches ist es notwendig, daß der Staub aufgewirbelt wird. Beschränkt man die Betrachtungen auf den Untertagebetrieb im Kehle bergbau, so gibt es zwei Hauptursachen für die Aufwirbelung von Koh lestaub, der in den Strecken (Stollen) abgelagert ist. Einmal ist es die mögliche Aufwirbelung im stationären Wetterstrom (Belüftung des Bergwerks); die hierbei maßgeblichen Werte der stationären Luftge schwindigkeit liegen bei 4-8m/s [2J. Zum anderen kann der abgelagerte Staub auf instationäre Weise durch eine Luftdruckwelle (Stoßwelle) aufgewirbelt werden. Eine instation äre Stoßwelle entsteht z.B. als Folge einer plötzlichen Methangas (Grubengas-) Verbrennung. Eine gasdynamische Beschreibung dieser Wel lenbildung ist in [3J für den Fall gegeben, daß man die Verbrennung und die Stoßausbreitung in der Strecke in idealisierter Weise als eindimensionalen, instationären Vorgang ansehen kann. Die Stoßwelle eilt der Flammenfront mit Uberschallgeschwindigkeit voraus; sie er zeugt in der Luft eine Nachströmung, deren Geschwindigkeit etwa das Zehnfache der stationären Wettergeschwindigkeit ist.

Klappentext

Staubexplosionen sind eine große Gefahrenquelle in Industriebetrie­ ben, in denen brennbare Stäube verarbeitet werden oder als Nebenpro­ dukt entstehen. Beispiele solcher gefährdeten Betriebe sind Zucker­ fabriken, Getreidemühlen, besonders aber der Kohlenbergbau. Das I~­ gangsetzen einer Explosion setzt voraus, da~ es zur Bildung eines Staub-Luft-Gemisches kommt. Die Staubkonzentration in diesem Gemisch muß Werte innerhalb gewisser Grenzen annehmen; oberhalb und unter­ halb dieser Grenzen ist das Gemisch nicht explosionsfähig. Die kri­ tischen Konzentrationswerte sind durch die Staubart bestimmt [1J. In den oben genannten Industriebetrieben setzt sich Staub an festen Wänden und Böden ab. Zur Ausbildung des Staub-Luft-Gemisches ist es notwendig, daß der Staub aufgewirbelt wird. Beschränkt man die Betrachtungen auf den Untertagebetrieb im Kehle­ bergbau, so gibt es zwei Hauptursachen für die Aufwirbelung von Koh­ lestaub, der in den Strecken (Stollen) abgelagert ist. Einmal ist es die mögliche Aufwirbelung im stationären Wetterstrom (Belüftung des Bergwerks); die hierbei maßgeblichen Werte der stationären Luftge­ schwindigkeit liegen bei 4-8m/s [2J. Zum anderen kann der abgelagerte Staub auf instationäre Weise durch eine Luftdruckwelle (Stoßwelle) aufgewirbelt werden. Eine instation­ äre Stoßwelle entsteht z.B. als Folge einer plötzlichen Methangas­ (Grubengas-) Verbrennung. Eine gasdynamische Beschreibung dieser Wel­ lenbildung ist in [3J für den Fall gegeben, daß man die Verbrennung und die Stoßausbreitung in der Strecke in idealisierter Weise als eindimensionalen, instationären Vorgang ansehen kann. Die Stoßwelle eilt der Flammenfront mit Uberschallgeschwindigkeit voraus; sie er­ zeugt in der Luft eine Nachströmung, deren Geschwindigkeit etwa das Zehnfache der stationären Wettergeschwindigkeit ist.

Inhalt

1. Einleitung.- 2. Experimentelle Voraussetzungen.- 3. Kurzzeitphotographische Darstellung der Staubaufwirbelung.- 4. Staubaufwirbelung in laminarer Strömung.- 5. Messung der Staubkonzentration in der turbulenten Stoßrohrströmung.- 6. Berechnung der Staubkonzentration nach der Diffusionstheorie.- 7. Diskussion und Zusammenfassung.- 8. Literatur.