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(jì)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(xué)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(xué)者對含磷化合物的火焰抑制機(jī)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(qiáng)燃燒的作用，這給火災(zāi)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?yīng)和化學(xué)效應(yīng)綜合作用的結(jié)果，物理效應(yīng)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(xué)抑制作用占主導(dǎo)地位，化學(xué)效應(yīng)通過催化火焰中H和OH的重組來破壞燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，達(dá)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(qiáng)燃燒現(xiàn)象到底來源于哪里，是什么反應(yīng)在起作用，成為一個值得研究的課題。并且，

3、作為化學(xué)火焰抑制劑，我們也一直關(guān)注的是它的化學(xué)效應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，忽視了含磷抑制劑物理效應(yīng)的研究，更沒有對化學(xué)效應(yīng)的這種兩面性展開進(jìn)一步探究。同時，由于實驗的方法不能有效地將物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行分離，所以對化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行更深入地研究甚至是解耦顯得尤為困難。隨著氣相化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和計算機(jī)水平的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬方法結(jié)合詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理已經(jīng)能對低維層流火焰的精細(xì)結(jié)構(gòu)和燃燒特性進(jìn)行精確的計算和預(yù)測，成為當(dāng)前燃燒化學(xué)常用的一種研究手段。由

4、于湍流燃燒的復(fù)雜性，目前主要借助層流燃燒研究化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理和模型。因此，本文采用數(shù)值計算結(jié)合詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的方法，就含磷抑制劑對甲烷層流預(yù)混火焰的抑制效應(yīng)展開了研究，將含磷抑制劑的物化效應(yīng)進(jìn)行了有效分離，并且進(jìn)一步解耦了含磷抑制劑的化學(xué)效應(yīng)。
　　本文首先運(yùn)用CHEMKIN PRO軟件結(jié)合詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)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(xué)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(yīng)來促進(jìn)燃燒反應(yīng)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?xì)洳糠?，對極貧燃條件下含磷抑制劑增強(qiáng)燃燒的現(xiàn)象進(jìn)行研究并作出了合理解釋。最后，本文通過人為干涉化學(xué)反應(yīng)鏈中相關(guān)基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過程，引入惰性物質(zhì)對含磷抑制劑的物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)進(jìn)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(xué)效應(yīng)解耦成熱解效應(yīng)和催化效應(yīng)兩部分，進(jìn)而對各部分效應(yīng)在不同條件下的相互作用關(guān)系進(jìn)行了對比研究。研究發(fā)現(xiàn):物理效應(yīng)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(dāng)初始當(dāng)量比小于0.6時，促燃作用在化學(xué)效應(yīng)中占主導(dǎo)地位，這是因為在貧燃環(huán)境下，碳?xì)浠衔镅趸^程中的活性自由基重組減少了，從而放熱反應(yīng)比化學(xué)反應(yīng)鏈中的其他反應(yīng)更加高效。本文所得結(jié)論，可以為火焰抑制劑的機(jī)理研究和新