若干哈龙替代物抑制碳氢火焰的机理研究
本文选题：哈龙替代技术 切入点：对冲火焰 出处：《中国科学技术大学》2017年博士论文
【摘要】：清洁高效灭火是火灾研究中的一项基础、重要的研究课题。哈龙1301灭火剂由于破坏地球臭氧层而在地面上被禁止生产和使用,针对扑灭飞机货舱火灾,哈龙1301目前仍然被允许使用,但寻找新型哈龙替代灭火剂以及发展相应的详细反应机理势在必行。本文对若干潜在的哈龙替代物,HFC-125(C_2HF_5)、Novec-1230(C_6F_(12)O)、2-BTP(C_3H_2F_3Br)、HCFC-123(C_2HF_3C_(12))以及细水雾(H_2O)对碳氢火焰的抑制作用开展了系统的实验和模拟研究。层流火焰传播速度和熄火拉伸率是重要的火焰宏观参数,其与燃料在给定温度、压力、当量比等条件下的化学反应活性、输运特性和燃烧热释放速率等密切相关,因此层流火焰传播速度和熄火拉伸率被广泛的应用于验证化学反应动力学模型,同时也是评价火焰抑制剂灭火性能的重要指标。为实现对层流火焰速度和熄火拉伸率的精确测量,本文发展了一套结合粒子图像测速(PIV)技术的对冲火焰实验装置,并利用该装置开展了广阔当量比和抑制剂添加量范围内的碳氢火焰的传播特性、火焰形态、矢量速度流场以及熄火极限的研究。在层流预混火焰中,利用PIV技术测量二维平面对冲流火焰流场,研究了水雾液滴和平面火焰的相互作用以及矢量速度流场特性。通过提取对冲流场沿滞止流线的轴向速度,获取了对冲火焰的两个重要参数—参考火焰速度和当地拉伸率。采用新发展的计算辅助的非线性外推法获得无拉伸的层流火焰传播速度。在层流扩散火焰中,通过逐渐逼近法测量不同抑制剂添加的甲烷和丙烷火焰的熄灭极限,分析对比了抑制剂在预混和扩散火焰中的抑制性能。在模拟研究方面,本工作构建了一组用于模拟四种哈龙替代灭火剂抑制碳氢火焰的详细化学反应机理,并采用本文的实验数据对其进行了验证,对哈龙替代物抑制碳氢火焰的层流火焰传播速度和熄火极限进行了数值模拟。为了深入分析抑制剂在贫燃和富燃条件下抑制作用差异产生的原因,对与层流火焰传播速度密切相关的链载体自由基浓度最大值和平衡态值展开模拟,并对若干主反应进行敏感性分析。通过对H_2O分子抑制作用下合成气/空气预混火焰的传播特性研究发现,低H_2/CO比合成气火焰的传播速度随着H_2O添加呈非单调变化特征。通过解耦H_2O的物理和化学抑制效应发现,在低H_2/CO比合成气火焰中H_2O的化学效应提高火焰传播速度的作用。新型卤化烃灭火剂的火焰抑制效力对混合可燃气的当量比和抑制剂添加量有着强烈的依赖关系,其中Novec 1230,HFC-125和2-BTP在一定的贫燃条件下观察到增强燃烧行为。低于惰性浓度添加量的Novec 1230在甲烷/空气火焰中的抑制和增强燃烧的临界当量比在0.63Φ0.68之间。对于添加HFC-125的甲烷/空气和丙烷/空气预混火焰,在Φ=0.6和添加量Xa=0.02条件下,抑制剂对层流火焰传播速度的抬升最高达20%。在贫燃条件下,2-BTP添加的甲烷/空气火焰传播速度展现出"马鞍形"曲线特征:低添加量时降低,中等添加量缓慢升高,进一步增加添加量则再次降低。在非贫燃条件下,添加哈龙替代抑制剂显著的降低了层流火焰传播速度,在Φ=1.0时,抑制性力强弱排序为:2-BTPHCFC-123HFC-125。在甲烷和丙烷扩散火焰中,添加不同抑制剂的火焰抗熄火能力的比较结果表明,抑制剂在扩散火焰中的抑制效力同其在预混火焰中表现相一致。对哈龙替代抑制剂在碳氢火焰中的作用方式研究发现,Novec 1230和HFC-125通过自由基捕获反应来降低反应中的自由基浓度,而2-BTP和HCFC-123则是通过自由基催化重整循环来抑制火焰的反应活性。添加抑制剂导致火焰绝热温度升高表明了抑制剂的燃料性,这是在贫燃低添加量下火焰传播速度抬升的原因。本文的主要创新点和贡献在于:建立了评价新型哈龙替代物灭火性能的先进实验和理论研究平台。研制了一套结合PIV技术的对冲实验系统,开展了碳氢/替代抑制剂混合物的层流火焰传播速度和熄火拉伸率的实验测定,为验证哈龙替代抑制剂反应机理提供了基础实验数据。
[Abstract]:In this paper , a series of experiments and simulations are carried out on the inhibition of hydrogen flame by means of PIV .
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ569
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 M.Beyer ,常锋;“火焰传播”现象——对此现象的进一步解释[J];电气防爆;2003年01期
2 桥口幸雄 ,堀口贞兹 ,孙德瑜;火焰消除器设计技术[J];化工设备设计;1993年02期
3 陆守香,张立,郭子如,秦友花,吴红波;气体火焰加速掠射粉尘床激起的气体-粉尘复合火焰[J];自然科学进展;2002年01期
4 王岳,雷宇,张孝谦,J.Konig,C.Eigenbrod;浮力对皱折锋面预混V形火焰的影响[J];燃烧科学与技术;2002年06期
5 刘暄亚,陆守香,秦俊;水雾作用下气体爆炸火焰传播的实验研究[J];火灾科学;2003年01期
6 刘fE亚,陆守香,秦俊,张立,郭子如;水雾抑制气体爆炸火焰传播的实验研究[J];中国安全科学学报;2003年08期
7 丁以斌;孙金华;何学超;尹艺;徐耀;黄新杰;;锆粉尘云的火焰传播特性[J];燃烧科学与技术;2010年04期
8 王凯全;乐林;黄勇;齐经济;周琪;;倾斜状态汽油火焰传播特性的试验研究[J];消防科学与技术;2011年09期
9 薛治家;于庆波;刘慧;史俊瑞;;过滤燃烧火焰锋面不稳定性的实验研究[J];东北大学学报(自然科学版);2013年09期
10 徐立长;;介绍英国建筑材料的表面火焰传播分级方法[J];消防科学与技术;1990年03期
相关会议论文 前6条
1 徐晓楠;;火焰传播模型的分析与探讨[A];2007年中国阻燃学术年会论文集[C];2007年
2 庞磊;吕良海;姚伟;;不同燃气浓度下室内燃气爆燃火焰波及范围分布特征[A];2012中国消防协会科学技术年会论文集（上）[C];2012年
3 王成;卢捷;宁建国;;煤气爆炸极限及火焰传播规律研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年
4 王双峰;肖原;任坦;胡俊;;弱对流条件下固体材料表面火焰传播研究[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年
5 应展烽;陈志华;范宝春;;管内燃烧爆炸过程中火焰与方柱相互作用研究[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
6 王成;宁建国;;不同环境条件下煤气爆炸特性的研究[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
相关博士学位论文 前10条
1 段强领;高压氢气泄漏自燃机理及其火焰传播特性实验研究[D];中国科学技术大学;2016年
2 袁野;甲烷三重火焰传播与形态特性的实验与数值模拟研究[D];北京交通大学;2016年
3 许胜铭;复杂管道内瓦斯爆炸冲击波、火焰及有毒气体传播规律研究[D];河南理工大学;2015年
4 徐武;若干哈龙替代物抑制碳氢火焰的机理研究[D];中国科学技术大学;2017年
5 王岳;重力对稀燃弱湍流预混V形火焰的影响[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2002年
6 丁以斌;锆粉云火焰传播特性的实验研究[D];中国科学技术大学;2010年
7 宋占兵;预混火焰在狭缝中的传播机理与熄灭条件的研究[D];大连理工大学;2006年
8 王秋红;锆粉云瞬态火焰及连续喷射火焰特性的实验研究[D];中国科学技术大学;2012年
9 周杰;DME与丙烷层流稀释扩散火焰的抬升特性研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2013年
10 沈忠良;声作用下涡与火焰耦合影响NO_x生成的实验与模型研究[D];浙江工业大学;2015年
相关硕士学位论文 前10条
1 李宝刚;柴油机喷雾燃烧特性实验研究[D];重庆交通大学;2015年
2 年志远;平板狭缝间碳氢燃料微小火焰特性的实验研究[D];郑州大学;2016年
3 苏航;定容微小空间内低碳烷烃/空气火焰传播特性实验研究[D];郑州大学;2016年
4 张f:琰;材质相关的燃烧火焰特效渲染技术研究[D];上海交通大学;2015年
5 戴文元;预混CH_4、C_2H_4、C_3H_8/O_2/N_2混合气体火焰传播机理的数值模拟研究[D];中国民航大学;2014年
6 张旭龙;预混H_2/O_2/N_2混合气体火焰传播机理的数值模拟研究[D];中国民航大学;2014年
7 王根娟;火焰自由基荧光强度测试系统的开发与研制[D];浙江工业大学;2016年
8 宋德彦;多组分燃气旋流预混合燃烧特性研究[D];大连海事大学;2016年
9 徐宗;小型管道内气体燃烧火焰传播规律研究[D];中北大学;2011年
10 赵雪林;密闭管道内低浓度甲烷着火及火焰传播特性实验研究[D];重庆大学;2014年
，本文编号：1715422
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/1715422.html
