【摘要】：能源問題和環(huán)境問題在全球經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天日益凸顯,所以燃燒安全和清潔滅火的研究也越來越受重視。多年來一直使用的鹵代烷滅火劑逐漸被禁止生產(chǎn)和使用,在廣大學者尋求新型清潔高效滅火介質的研究中,含磷抑制劑由于其高效、低煙、無毒、無鹵等特點,而得到大家的青睞,并被作為最理想的鹵代烷替代物而廣泛使用,也成為科研工作者們研究的熱點。目前,國內(nèi)外學者對含磷化合物的火焰抑制機理已經(jīng)展開了大量研究,但是最近的研究發(fā)現(xiàn),在極貧燃環(huán)境中含磷抑制劑非但不能抑制火焰的燃燒,反而表現(xiàn)出增強燃燒的作用,這給火災防治和消防撲救帶來巨大的潛在威脅。火焰抑制劑的抑制效果是物理效應和化學效應綜合作用的結果,物理效應一般由于吸熱冷卻和稀釋作用而抑制燃燒,并且通常含磷抑制劑的抑制作用中化學抑制作用占主導地位,化學效應通過催化火焰中H和OH的重組來破壞燃燒鏈式反應,達到滅火效果。那么,在這種極貧燃條件下,含磷抑制劑的這種增強燃燒現(xiàn)象到底來源于哪里,是什么反應在起作用,成為一個值得研究的課題。并且,作為化學火焰抑制劑,我們也一直關注的是它的化學效應和化學反應機理,忽視了含磷抑制劑物理效應的研究,更沒有對化學效應的這種兩面性展開進一步探究。同時,由于實驗的方法不能有效地將物理效應和化學效應進行分離,所以對化學效應進行更深入地研究甚至是解耦顯得尤為困難。隨著氣相化學反應動力學和計算機水平的飛速發(fā)展,數(shù)值模擬方法結合詳細化學反應動力學機理已經(jīng)能對低維層流火焰的精細結構和燃燒特性進行精確的計算和預測,成為當前燃燒化學常用的一種研究手段。由于湍流燃燒的復雜性,目前主要借助層流燃燒研究化學反應動力學機理和模型。因此,本文采用數(shù)值計算結合詳細化學反應機理的方法,就含磷抑制劑對甲烷層流預混火焰的抑制效應展開了研究,將含磷抑制劑的物化效應進行了有效分離,并且進一步解耦了含磷抑制劑的化學效應。本文首先運用CHEMKIN PRO軟件結合詳細的化學反應動力學機理,以DMMP為例,比較研究了含磷抑制劑對貧燃和富燃條件下甲烷-空氣火焰的化學抑制過程,發(fā)現(xiàn)DMMP對甲烷火焰的抑制作用主要是通過P02和HOPO以及PO2和HOPO2兩個催化循環(huán)反應來促進燃燒反應區(qū)H和OH的重組,并且前者更加高效,所以含磷抑制劑對富燃火焰的滅火效果更好。其次,本文將含磷抑制劑的初級熱解產(chǎn)物分為含磷部分和碳氫部分,對極貧燃條件下含磷抑制劑增強燃燒的現(xiàn)象進行研究并作出了合理解釋。最后,本文通過人為干涉化學反應鏈中相關基元反應的化學反應過程,引入惰性物質對含磷抑制劑的物理效應和化學效應進行了有效分離,并且創(chuàng)新性地提出利用熱解產(chǎn)物中起主要催化作用的小分子替代初始抑制劑的方法,將含磷化合物的整體化學效應解耦成熱解效應和催化效應兩部分,進而對各部分效應在不同條件下的相互作用關系進行了對比研究。研究發(fā)現(xiàn):物理效應一直處于火焰抑制區(qū),在抑制劑添加量小于等于2%情況下,當初始當量比小于0.6時,促燃作用在化學效應中占主導地位,這是因為在貧燃環(huán)境下,碳氫化合物氧化過程中的活性自由基重組減少了,從而放熱反應比化學反應鏈中的其他反應更加高效。本文所得結論,可以為火焰抑制劑的機理研究和新型復合滅火劑的生產(chǎn)研發(fā)及使用提供了理論指導和科學依據(jù)。
【圖文】：

問題和不足，為下一步的研究工作做準備。逡逑１．４研究思路逡逑本文的研究思路如圖１．１所示。逡逑資料收集與文獻整理逡逑｜理論基礎邐文獻綜述逡逑１邋邐１邐，逡逑含磷化合物對層流火焰抑制效應的數(shù)值分析逡逑火焰燃燒特性分析逡逑物化效應解耦分析逡逑．邋１邋．逡逑物理效應邐｜化學效應逡逑！邐￣逡逑１邐￣￣ｉ邐ｉ邐１逡逑稀釋效應｜邋｜熱效應｜邋｜催化效應｜邋｜熱解效應逡逑１邋Ｌ邐１逡逑總結及論文撰寫逡逑圖１．１本文的研究思路逡逑１０逡逑

未燃氣體傳播，至混合氣體全部反應為止，火焰前鋒向前傳播的速度即為預混氣逡逑體的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋郏罚保�。本文所研宄的層流預混火焰是通過一維自由傳播火焰模逡逑型（如圖２．１所示）計算的，在ＣＨＥＭＫＩＮ軟件中使用ＰＲＥＭＩＸＥＤ模塊進行模逡逑擬仿真。逡逑火焰面（火焰前鋒）逡逑邐ｐ．邐邐＾逡逑未燃氣體邐己燃氣體逡逑？邐逡逑火焰?zhèn)黟俣儒义蠄D２．１邋—維預混火焰?zhèn)鞑ツＰ褪疽鈭D逡逑利用如圖２．１所示的一維預混火焰模型可以有效求解特定溫度、壓力和燃料逡逑組成條件下預混火焰的結構（如圖２．２）和層流火焰速度。模型不考慮熱損失，，在逡逑１２逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ569

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 殷永豐;邱榕;;DMMP對二甲醚層流預混火焰的影響研究[J];火災科學;2017年02期

2 蔣勇;邱榕;;磷化合物的火焰抑制中湍流混合作用數(shù)值研究[J];物理化學學報;2009年03期

相關博士學位論文 前1條

1 王海賓;甲烷爆炸沖擊波對動物損傷研究[D];中北大學;2015年

相關碩士學位論文 前2條

1 任星宇;鹵代烷對甲烷火焰抑制的物理化學作用機理研究[D];中國科學技術大學;2017年

2 冉難;基于Damk(?)hler數(shù)的層流擴散火掐抑制評價數(shù)值模似[D];中國科學技術大學;2016年

本文編號：2641524