含磷化合物抑制甲烷火焰的數(shù)值分析研究.pdf

1、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(zhì)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

2、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?；鹧嬉种苿┑囊种菩Ч俏锢硇突瘜W效應綜合作用的結(jié)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，

3、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(jié)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(jié)構(gòu)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

4、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(jié)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(jié)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

5、作用主要是通過PO2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(zhì)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

6、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(jié)論，可以為火焰抑制劑的機理研究和新