超細(xì)粉體作用下甲烷擴(kuò)散火焰燃燒及輻射光譜特性研究

【摘要】：超細(xì)粉體擁有適用范圍較廣,儲(chǔ)存、運(yùn)輸方便,化學(xué)抑制效果明顯等特點(diǎn),是抑制瓦斯爆炸火焰的良好的抑制介質(zhì)。國(guó)內(nèi)外針對(duì)該類介質(zhì)對(duì)瓦斯燃燒和爆炸火焰的抑制作用展開了大量的研究工作,其方法主要是通過觀測(cè)和分析粉體作用前后的表觀現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的變化來(lái)表征和判斷抑制效果,而較少涉及抑制機(jī)理的研究,并且在機(jī)理研究的方法上缺乏有效的手段。本文在前人的研究基礎(chǔ)上,整合了相近研究中所涉及的實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)制造了一種可用于超細(xì)粉體抑爆劑與甲烷擴(kuò)散火焰相互作用機(jī)理研究的燃燒實(shí)驗(yàn)裝置。運(yùn)用攝像裝置和光柵光譜儀對(duì)不同工況下粉體作用前后的火焰燃燒狀態(tài)及輻射光譜進(jìn)行了觀測(cè)和記錄,通過研究二者的變化規(guī)律來(lái)探究超細(xì)粉體對(duì)火焰的抑制機(jī)理。本文研究工作的結(jié)果表明:在甲烷的擴(kuò)散燃燒中,氧化劑流量的變化對(duì)火焰的燃燒狀態(tài)幾乎沒有影響,也幾乎不改變火焰輻射光譜中來(lái)自甲烷燃燒的特征輻射強(qiáng)度。氧化劑中氧氣含量的改變會(huì)影響火焰的顏色、形狀以及碳顆粒、OH*和CH*自由基的輻射光譜強(qiáng)度均會(huì)發(fā)生不同的變化。OH*自由基還會(huì)在高氧氣濃度下產(chǎn)生新的特征輻射,是保障甲烷的鏈反應(yīng)進(jìn)行的最關(guān)鍵自由基組分。在四種不同類型的超細(xì)粉體的作用下,甲烷火焰的燃燒狀態(tài)有不同程度的變化,其中較高氧氣含量下的火焰更難被粉體抑制。隨著當(dāng)量濃度的增加,氣相二氧化硅對(duì)火焰中碳顆粒和兩種自由基的輻射強(qiáng)度均呈現(xiàn)先減弱后增強(qiáng)的抑制趨勢(shì),總體抑制效果不明顯;市售超細(xì)ABC干粉當(dāng)量濃度的增加使火焰燃燒受抑制,碳顆粒和兩種自由基的輻射強(qiáng)度最終均受到較大抑制,抑制效果為四種粉體中最佳;碳酸氫鈉和碳酸氫鉀的作用對(duì)火焰燃燒狀態(tài)及輻射光譜的影響規(guī)律相似,但碳酸氫鈉對(duì)火焰的總體抑制效果更為明顯。結(jié)合粉體樣品的熱重分析結(jié)果可得知四種粉體對(duì)火焰的微觀抑制機(jī)理。其中二氧化硅僅有物理抑制作用,其抑制機(jī)理主要是吸熱降溫和稀釋氧氣;超細(xì)ABC干粉的分解產(chǎn)物H2O和P2O5分別起到了吸熱降溫和隔離氧氣的物理作用,而主要的化學(xué)抑制機(jī)理是游離態(tài)氨對(duì)OH*自由基的捕捉和消耗;碳酸氫鈉和碳酸氫鉀分解產(chǎn)生水和大量CO2有吸熱降溫和稀釋氧氣的物理抑制作用,同時(shí)氣態(tài)熱分解產(chǎn)物與水蒸氣反應(yīng)生成強(qiáng)堿,大量消耗甲烷燃燒產(chǎn)生的OH*和H*是其主要的化學(xué)抑制機(jī)理。 【關(guān)鍵詞】：超細(xì)粉體 輻射光譜 自由基 抑制機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ221.11;O643.2
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 1 緒論15-23
• 1.1 課題研究背景15-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-21
• 1.2.1 超細(xì)粉體抑爆效果及滅火機(jī)理研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 瓦斯火焰的化學(xué)發(fā)光特性及機(jī)理研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 本文的研究工作21-23
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.3.2 論文章節(jié)安排22-23
• 2 同軸擴(kuò)散火焰燃燒裝置及實(shí)驗(yàn)方法23-36
• 2.1 引言23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)思路23-25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)裝置的研制25-31
• 2.3.1 燃燒實(shí)驗(yàn)裝置本體25-28
• 2.3.2 超細(xì)抑爆粉體輸送系統(tǒng)28-31
• 2.4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建與調(diào)試31-34
• 2.4.1 燃料及氧化劑的輸送與控制31-32
• 2.4.2 火焰光譜測(cè)量?jī)x器的選型32-33
• 2.4.3 粉體抑爆劑濃度的定量33-34
• 2.5 實(shí)驗(yàn)方法34-36
• 3 甲烷同軸擴(kuò)散火焰的燃燒狀態(tài)及光譜特性36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 氧化劑流量對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰燃燒狀態(tài)及光譜特性的影響36-43
• 3.2.1 氧化劑流量對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰燃燒狀態(tài)的影響37-40
• 3.2.2 氧化劑流量對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰光譜特性的影響40-43
• 3.3 氧氣含量對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰燃燒狀態(tài)及光譜特性的影響43-53
• 3.3.1 氧氣含量對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰燃燒狀態(tài)的影響44-48
• 3.3.2 氧氣含量對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰光譜特性的影響48-53
• 4 超細(xì)粉體作用下甲烷擴(kuò)散火焰的燃燒狀態(tài)及光譜特性53-78
• 4.1 引言53
• 4.2 超細(xì)粉體特性表征53-56
• 4.2.1 超細(xì)粉體顆粒微觀形態(tài)54-55
• 4.2.2 超細(xì)粉體粒徑分布55-56
• 4.3 超細(xì)粉體作用下甲烷擴(kuò)散火焰的燃燒狀態(tài)56-63
• 4.3.1 不同種類超細(xì)粉體對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰燃燒狀態(tài)的影響56-60
• 4.3.2 超細(xì)粉體濃度對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰燃燒狀態(tài)的影響60-63
• 4.4 超細(xì)粉體作用下甲烷擴(kuò)散火焰的光譜特性63-70
• 4.4.1 不同種類超細(xì)粉體對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰光譜特性的影響63-65
• 4.4.2 粉體濃度對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰光譜特性的影響65-70
• 4.5 超細(xì)粉體與甲烷擴(kuò)散火焰相互作用機(jī)理分析70-78
• 4.5.1 抑爆粉體的熱分解過程71-74
• 4.5.2 抑爆粉體對(duì)甲烷擴(kuò)散火焰的微觀抑制機(jī)理74-78
• 5 總結(jié)與展望78-82
• 5.1 本文的研究結(jié)論78-80
• 5.2 進(jìn)一步研究工作展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 作者簡(jiǎn)歷86

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