超细粉体作用下甲烷扩散火焰燃烧及辐射光谱特性研究

【摘要】：超细粉体拥有适用范围较广,储存、运输方便,化学抑制效果明显等特点,是抑制瓦斯爆炸火焰的良好的抑制介质。国内外针对该类介质对瓦斯燃烧和爆炸火焰的抑制作用展开了大量的研究工作,其方法主要是通过观测和分析粉体作用前后的表观现象和数据的变化来表征和判断抑制效果,而较少涉及抑制机理的研究,并且在机理研究的方法上缺乏有效的手段。本文在前人的研究基础上,整合了相近研究中所涉及的实验装置的优缺点,设计制造了一种可用于超细粉体抑爆剂与甲烷扩散火焰相互作用机理研究的燃烧实验装置。运用摄像装置和光栅光谱仪对不同工况下粉体作用前后的火焰燃烧状态及辐射光谱进行了观测和记录,通过研究二者的变化规律来探究超细粉体对火焰的抑制机理。本文研究工作的结果表明:在甲烷的扩散燃烧中,氧化剂流量的变化对火焰的燃烧状态几乎没有影响,也几乎不改变火焰辐射光谱中来自甲烷燃烧的特征辐射强度。氧化剂中氧气含量的改变会影响火焰的颜色、形状以及碳颗粒、OH*和CH*自由基的辐射光谱强度均会发生不同的变化。OH*自由基还会在高氧气浓度下产生新的特征辐射,是保障甲烷的链反应进行的最关键自由基组分。在四种不同类型的超细粉体的作用下,甲烷火焰的燃烧状态有不同程度的变化,其中较高氧气含量下的火焰更难被粉体抑制。随着当量浓度的增加,气相二氧化硅对火焰中碳颗粒和两种自由基的辐射强度均呈现先减弱后增强的抑制趋势,总体抑制效果不明显;市售超细ABC干粉当量浓度的增加使火焰燃烧受抑制,碳颗粒和两种自由基的辐射强度最终均受到较大抑制,抑制效果为四种粉体中最佳;碳酸氢钠和碳酸氢钾的作用对火焰燃烧状态及辐射光谱的影响规律相似,但碳酸氢钠对火焰的总体抑制效果更为明显。结合粉体样品的热重分析结果可得知四种粉体对火焰的微观抑制机理。其中二氧化硅仅有物理抑制作用,其抑制机理主要是吸热降温和稀释氧气;超细ABC干粉的分解产物H2O和P2O5分别起到了吸热降温和隔离氧气的物理作用,而主要的化学抑制机理是游离态氨对OH*自由基的捕捉和消耗;碳酸氢钠和碳酸氢钾分解产生水和大量CO2有吸热降温和稀释氧气的物理抑制作用,同时气态热分解产物与水蒸气反应生成强碱,大量消耗甲烷燃烧产生的OH*和H*是其主要的化学抑制机理。 【关键词】：超细粉体 辐射光谱 自由基 抑制机理
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ221.11;O643.2
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 1 绪论15-23
• 1.1 课题研究背景15-16
• 1.2 国内外研究现状16-21
• 1.2.1 超细粉体抑爆效果及灭火机理研究现状16-18
• 1.2.2 瓦斯火焰的化学发光特性及机理研究现状18-21
• 1.3 本文的研究工作21-23
• 1.3.1 主要研究内容21-22
• 1.3.2 论文章节安排22-23
• 2 同轴扩散火焰燃烧装置及实验方法23-36
• 2.1 引言23
• 2.2 实验装置设计思路23-25
• 2.3 实验装置的研制25-31
• 2.3.1 燃烧实验装置本体25-28
• 2.3.2 超细抑爆粉体输送系统28-31
• 2.4 实验系统的搭建与调试31-34
• 2.4.1 燃料及氧化剂的输送与控制31-32
• 2.4.2 火焰光谱测量仪器的选型32-33
• 2.4.3 粉体抑爆剂浓度的定量33-34
• 2.5 实验方法34-36
• 3 甲烷同轴扩散火焰的燃烧状态及光谱特性36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 氧化剂流量对甲烷扩散火焰燃烧状态及光谱特性的影响36-43
• 3.2.1 氧化剂流量对甲烷扩散火焰燃烧状态的影响37-40
• 3.2.2 氧化剂流量对甲烷扩散火焰光谱特性的影响40-43
• 3.3 氧气含量对甲烷扩散火焰燃烧状态及光谱特性的影响43-53
• 3.3.1 氧气含量对甲烷扩散火焰燃烧状态的影响44-48
• 3.3.2 氧气含量对甲烷扩散火焰光谱特性的影响48-53
• 4 超细粉体作用下甲烷扩散火焰的燃烧状态及光谱特性53-78
• 4.1 引言53
• 4.2 超细粉体特性表征53-56
• 4.2.1 超细粉体颗粒微观形态54-55
• 4.2.2 超细粉体粒径分布55-56
• 4.3 超细粉体作用下甲烷扩散火焰的燃烧状态56-63
• 4.3.1 不同种类超细粉体对甲烷扩散火焰燃烧状态的影响56-60
• 4.3.2 超细粉体浓度对甲烷扩散火焰燃烧状态的影响60-63
• 4.4 超细粉体作用下甲烷扩散火焰的光谱特性63-70
• 4.4.1 不同种类超细粉体对甲烷扩散火焰光谱特性的影响63-65
• 4.4.2 粉体浓度对甲烷扩散火焰光谱特性的影响65-70
• 4.5 超细粉体与甲烷扩散火焰相互作用机理分析70-78
• 4.5.1 抑爆粉体的热分解过程71-74
• 4.5.2 抑爆粉体对甲烷扩散火焰的微观抑制机理74-78
• 5 总结与展望78-82
• 5.1 本文的研究结论78-80
• 5.2 进一步研究工作展望80-82
• 参考文献82-86
• 作者简历86

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

超细粉体制备技术的应用和发展    张国旺,黄圣生

超细粉体及其测量技术    王俊萍,沈海峰,李瑞芬

超细粉体的应用及制备    刘宏英,李春俊,白华萍,李凤生

超细粉体制备及测量技术研究进展    刘维平,邱定蕃,马瑞新

氧化铋系超细粉体制备研究进展    何伟明,潘庆谊,刘建强,甄强

超声波在超细粉体分散中的应用    于庆杰,王祥彬

复合材料超细粉体的制备    裴秀中

超细粉体颗粒聚团及分散的研究    陈俊涛,沈笑君 ,康华

化学沉淀法制备超细粉体过程行为    康仕芳,刘爱民,张猛

超细粉体改性复合材料的应用    张华;

超细粉体在液相中的分散技术与应用    任俊;卢寿慈;唐芳琼;

超细粉体在粉碎和分级过程中的分散研究    郭丽杰;王京刚;刘家祥;

超细粉体科学技术的发展现状及其应用    杨贵考;李全禄;周九茹;马晴;韩金宝;

中药超细粉体有效成分溶出特性研究    林强;裴重华;李春华;

超细粉体团聚状态的表征    曾贵玉;李长智;

超细粉体的过滤、洗涤与高分子精密微孔过滤技术    宋显洪;

超细粉体的化学合成    李懋强;

超细粉体的制备与表征    潘志东;李竟先;

超细粉体的改性    潘志东;李竟先;鄢程;

超细粉体在液体中的分散    李化建;盖国胜;党平华;黄佳木;罗毅;

超细粉体技术“点石成金”    本报记者　张晔

超细粉体技术发展面临多道“坎”    李靖 杨永华

超细粉体改性重在绿色化    本报记者 刘楠

武汉科技学院超细粉体研究技术国际领先    余鹏

超细粉体过滤技术跻身国际先进    记者 姜小毛

二十一世纪功能材料——超细粉体    邹海魁

咸丰重钙粉项目竣工投产    通讯员 丁德煜 何平

将废弃的蛋白质纤维变废为宝    本期嘉宾 武汉科技学院副院长 徐卫林 博士

推动行业科技进步与新产业成长    张平 傅秋瑛

超细技术“点石成金”    张晔

超细粉再燃降低NOx排放的热态试验研究与数值模拟    徐璋

超细粉煤灰高性能混凝土的研究与应用    谢友均

RE~（3+）（Nd~（3+），Ce~（3+））：YAG超细粉体合成及光谱性能研究    孙海鹰

α-Al_2O_3-H_2O-PAA系统稳定性控制研究    李登好

超细粉体电气石机械力化学效应及表面改性的研究    李雯雯

复合超细粉体添加剂的超润滑特性研究    刘雪峰

超声电解法制备钴超细粉体及其应用    胡伟

镁基复合超细粉体的制备研究    徐东年

铂超细粉体的制备与防团聚性能研究    苏林

β-锂霞石超细粉体的制备及性能研究    李岩

超细粉体糖汁澄清技术应用与机理研究    宁方尧

中草药超细粉体的制备及其抗菌性能研究    王学鑫

超细粉体在丁羟胶中分散性研究    丁中建

掺杂二氧化钒超细粉体的制备及性能研究    周莉

膜分离技术在超细粉体悬浮液固液分离中的应用    陈向魁