本文選題：哈龍?zhí)娲夹g(shù)　切入點：對沖火焰　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：清潔高效滅火是火災(zāi)研究中的一項基礎(chǔ)、重要的研究課題。哈龍1301滅火劑由于破壞地球臭氧層而在地面上被禁止生產(chǎn)和使用,針對撲滅飛機(jī)貨艙火災(zāi),哈龍1301目前仍然被允許使用,但尋找新型哈龍?zhí)娲鷾缁饎┮约鞍l(fā)展相應(yīng)的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理勢在必行。本文對若干潛在的哈龍?zhí)娲?HFC-125(C_2HF_5)、Novec-1230(C_6F_(12)O)、2-BTP(C_3H_2F_3Br)、HCFC-123(C_2HF_3C_(12))以及細(xì)水霧(H_2O)對碳?xì)浠鹧娴囊种谱饔瞄_展了系統(tǒng)的實驗和模擬研究。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群拖ɑ鹄炻适侵匾幕鹧婧暧^參數(shù),其與燃料在給定溫度、壓力、當(dāng)量比等條件下的化學(xué)反應(yīng)活性、輸運特性和燃燒熱釋放速率等密切相關(guān),因此層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群拖ɑ鹄炻时粡V泛的應(yīng)用于驗證化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型,同時也是評價火焰抑制劑滅火性能的重要指標(biāo)。為實現(xiàn)對層流火焰速度和熄火拉伸率的精確測量,本文發(fā)展了一套結(jié)合粒子圖像測速(PIV)技術(shù)的對沖火焰實驗裝置,并利用該裝置開展了廣闊當(dāng)量比和抑制劑添加量范圍內(nèi)的碳?xì)浠鹧娴膫鞑ヌ匦�、火焰形態(tài)、矢量速度流場以及熄火極限的研究。在層流預(yù)混火焰中,利用PIV技術(shù)測量二維平面對沖流火焰流場,研究了水霧液滴和平面火焰的相互作用以及矢量速度流場特性。通過提取對沖流場沿滯止流線的軸向速度,獲取了對沖火焰的兩個重要參數(shù)—參考火焰速度和當(dāng)?shù)乩炻�。采用新發(fā)展的計算輔助的非線性外推法獲得無拉伸的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取Ｔ趯恿鲾U(kuò)散火焰中,通過逐漸逼近法測量不同抑制劑添加的甲烷和丙烷火焰的熄滅極限,分析對比了抑制劑在預(yù)混和擴(kuò)散火焰中的抑制性能。在模擬研究方面,本工作構(gòu)建了一組用于模擬四種哈龍?zhí)娲鷾缁饎┮种铺細(xì)浠鹧娴脑敿?xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,并采用本文的實驗數(shù)據(jù)對其進(jìn)行了驗證,對哈龍?zhí)娲镆种铺細(xì)浠鹧娴膶恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣群拖ɑ饦O限進(jìn)行了數(shù)值模擬。為了深入分析抑制劑在貧燃和富燃條件下抑制作用差異產(chǎn)生的原因,對與層流火焰?zhèn)鞑ニ俣让芮邢嚓P(guān)的鏈載體自由基濃度最大值和平衡態(tài)值展開模擬,并對若干主反應(yīng)進(jìn)行敏感性分析。通過對H_2O分子抑制作用下合成氣/空氣預(yù)混火焰的傳播特性研究發(fā)現(xiàn),低H_2/CO比合成氣火焰的傳播速度隨著H_2O添加呈非單調(diào)變化特征。通過解耦H_2O的物理和化學(xué)抑制效應(yīng)發(fā)現(xiàn),在低H_2/CO比合成氣火焰中H_2O的化學(xué)效應(yīng)提高火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖饔�。新型鹵化烴滅火劑的火焰抑制效力對混合可燃?xì)獾漠?dāng)量比和抑制劑添加量有著強(qiáng)烈的依賴關(guān)系,其中Novec 1230,HFC-125和2-BTP在一定的貧燃條件下觀察到增強(qiáng)燃燒行為。低于惰性濃度添加量的Novec 1230在甲烷/空氣火焰中的抑制和增強(qiáng)燃燒的臨界當(dāng)量比在0.63Φ0.68之間。對于添加HFC-125的甲烷/空氣和丙烷/空氣預(yù)混火焰,在Φ=0.6和添加量Xa=0.02條件下,抑制劑對層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊奶罡哌_(dá)20%。在貧燃條件下,2-BTP添加的甲烷/空氣火焰?zhèn)鞑ニ俣日宫F(xiàn)出"馬鞍形"曲線特征:低添加量時降低,中等添加量緩慢升高,進(jìn)一步增加添加量則再次降低。在非貧燃條件下,添加哈龍?zhí)娲种苿╋@著的降低了層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?在Φ=1.0時,抑制性力強(qiáng)弱排序為:2-BTPHCFC-123HFC-125。在甲烷和丙烷擴(kuò)散火焰中,添加不同抑制劑的火焰抗熄火能力的比較結(jié)果表明,抑制劑在擴(kuò)散火焰中的抑制效力同其在預(yù)混火焰中表現(xiàn)相一致。對哈龍?zhí)娲种苿┰谔細(xì)浠鹧嬷械淖饔梅绞窖芯堪l(fā)現(xiàn),Novec 1230和HFC-125通過自由基捕獲反應(yīng)來降低反應(yīng)中的自由基濃度,而2-BTP和HCFC-123則是通過自由基催化重整循環(huán)來抑制火焰的反應(yīng)活性。添加抑制劑導(dǎo)致火焰絕熱溫度升高表明了抑制劑的燃料性,這是在貧燃低添加量下火焰?zhèn)鞑ニ俣忍脑�。本文的主要�?chuàng)新點和貢獻(xiàn)在于:建立了評價新型哈龍?zhí)娲餃缁鹦阅艿南冗M(jìn)實驗和理論研究平臺。研制了一套結(jié)合PIV技術(shù)的對沖實驗系統(tǒng),開展了碳?xì)?替代抑制劑混合物的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群拖ɑ鹄炻实膶嶒灉y定,為驗證哈龍?zhí)娲种苿┓磻?yīng)機(jī)理提供了基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)。
[Abstract]:In this paper , a series of experiments and simulations are carried out on the inhibition of hydrogen flame by means of PIV .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ569

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本文編號：1715422