發(fā)布時間：2018-03-01 02:14

  本文關鍵詞： 氫氣 爆炸極限 惰性氣體 鹵代烷烴 爆炸特性抑制　出處：《山東建筑大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：目前最常用作浮空器充裝氣體的是氦氣,但氦氣的制取困難且價格昂貴,而氫氣的制取則容易很多且價格僅為氦氣的約八分之一,此外氫氣還具有更小的密度,所以氫氣自然而然地成為了替代氦氣作為浮空器充裝氣體的理想選擇。但阻礙氫氣大規(guī)模使用的原因是氫氣的易燃、易爆特性,氫氣的最小點火能很低(約0.02m J)且爆炸極限范圍很大(4%~75%),因此想要用氫氣替代氦氣則必須要對氫氣的爆炸極限進行抑制。本文通過對影響氫氣爆炸極限的主要因素進行分析后,確定采用添加抑制劑的方式對氫氣爆炸極限進行抑制,并通過理論研究不同物質對氫氣的爆炸抑制機理提出可行的抑制劑方案,然后搭建可燃氣體爆炸極限測試實驗臺對氫氣添加各種抑制劑之后的爆炸極限進行測定,分析實驗數(shù)據(jù)并根據(jù)實驗結果指導氫氣的安全應用,同時推薦在控制浮力損失情況下抑制效果最好的抑制劑。不同物質對于氫氣爆炸抑制的機理大致包括物理熱力學抑制和化學反應動力學抑制兩方面,惰性氣體以前者為主,不可燃鹵代烷烴和可燃不飽和烴氣體則以后者為主。本文最終考慮將三種惰性氣體(He、N_2和CO_2)、四種不可燃鹵代烷烴(CHF_3、CHClF_2、CH_2FCF_3和C_2HF_5)和兩者混合形成的二元混合物作為氫氣的抑制劑備選方案。實驗結果顯示,在三種惰性氣體抑制劑中,CO_2相對于He和N_2對氫氣具有更好的抑爆效果,其主要原因是由于CO_2具有較大的比熱容。而不可燃鹵代烷烴對氫氣爆炸極限抑制作用明顯強于惰性氣體。二元混合抑制劑對氫氣的抑爆效果則與兩種組分的濃度配比有關。通過對實驗結果的分族討論,發(fā)現(xiàn)在不可燃鹵代烷烴中碳原子數(shù)量相同的情況下,不同鹵代烷烴對氫氣爆炸極限的抑制效果跟其與氫氣燃燒鏈式反應活化中心的化學反應速率直接相關。此外,本文還通過根據(jù)合適的計算方法對兩種不可燃抑制劑與氫氣的三元混合氣體的爆炸極限取得精度良好的估算值。由于氫氣是最輕的氣體,添加抑制劑則必然帶來浮力的損失,關鍵如何在控制浮力損失的前提下獲得盡可能好的抑爆效果。通過對文中提出的各種抑制劑在極限摻混比例下加入氫氣后的爆炸極限的比較分析,發(fā)現(xiàn)CHF_3對氫氣的抑爆效果是最好的抑制劑,在控制氫氣抑爆后浮力損失不超過20%的情況下,其加入氫氣后的混合氣體爆炸極限范圍可以縮小至5.39%~58.12%。
[Abstract]:At present, helium is the most commonly used gas for floating air, but helium is difficult and expensive to produce, while hydrogen is much easier to produce and costs only about 1/8 of helium. In addition, hydrogen has a smaller density. So hydrogen has naturally become an ideal alternative to helium as a gas to fill a floating air tank. But the reason why hydrogen is being used on a large scale is because of its flammable and explosive properties. The minimum ignition energy of hydrogen is very low (about 0.02m J) and the explosion limit range is very large. Therefore, in order to replace helium gas with hydrogen, the explosion limit of hydrogen must be restrained. The method of adding inhibitors to suppress the explosion limit of hydrogen was determined, and a feasible inhibitor scheme was put forward through the theoretical study on the mechanism of explosion inhibition of different substances to hydrogen. Then the explosion limit of the combustible gas after adding various inhibitors was measured by building a test bench, the experimental data were analyzed and the safe application of hydrogen was guided according to the experimental results. At the same time, it is recommended that the best inhibitor can control the loss of buoyancy. The mechanism of hydrogen explosion inhibition by different substances includes two aspects: physical thermodynamic inhibition and chemical reaction kinetic inhibition, and the inert gas is the main inert gas. The latter is the main source of non-combustible halogenated hydrocarbons and combustible unsaturated hydrocarbon gases. This paper finally considers using the binary mixture of three inert gases, HeN _ 2 and CO _ 2, four nonflammable halogenated alkanes, CHF _ 3C _ HClF _ 2C _ (C _ HClF _ 2F _ 2C _ C _ 3 and C _ 2HF _ 5) and a binary mixture of the two as the suppression of hydrogen. Preparation options. Experimental results show that, Among the three inert gas inhibitors, Cost2 has a better explosion suppression effect on hydrogen than he and NST2. The main reason is that CO_2 has a large specific heat capacity, while the incombustible halogenated hydrocarbon has a stronger inhibition effect on the limit of hydrogen explosion than that of inert gas. The inhibitory effect of binary mixture inhibitor on hydrogen is similar to the concentration of two components. Ratio related. Through the experimental results of the group discussion, It is found that when the number of carbon atoms in noncombustible halogenated hydrocarbons is the same, the inhibition effect of different halogenated hydrocarbons on the explosion limit of hydrogen is directly related to the reaction rate of the hydrogen combustion chain reaction activation center. The explosion limit of two kinds of incombustible inhibitor and hydrogen mixture gas is estimated with good precision according to the appropriate calculation method. Since hydrogen is the lightest gas, adding inhibitor will inevitably bring about loss of buoyancy. The key is how to obtain the best explosion suppression effect under the premise of controlling the buoyancy loss. It is found that CHF_3 is the best inhibitor of hydrogen. When the buoyancy loss of hydrogen is not more than 20%, the limit range of explosion of mixed gas can be reduced to 5.39% and 58.12%.
【學位授予單位】：山東建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X932

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本文編號：1549954