超细磷酸二氢铵抑制汽油燃烧的物理化学耦合作用机理研究

It is very important and significative for development of efficient extinguishing agent to research the physical and chemical coupling mechanism of superfine ammonium biphosphate inhibiting gasoline combustion. Firstly, typical thermal decomposition characteristics of superfine ammonium biphosphate with different particle surface state and particle size will be researched by DSC. Gas chromatography, FT-ICR MS, GCMS will be used to test free radical and analysis component and structure of thermal decompositions, and then free radical initiating mechanism will be revealed. Secondly, the concentration and distribution changes of OH· and H· in combustion zone will be monitored and tested by PLIF. Then the free radical reaction process of superfine ammonium biphosphate inhibiting gasoline combustion will be set up combining component and structure testing for combustion product. Finally, the physical and chemistry coupling mathematical model will be established based on gas-solid flow theory, thermal decomposition characteristic, free radical reaction mechanism of superfine ammonium biphosphate inhibiting gasoline combustion and experiment testing. Then the software of CHEKIN and FLUENT will be used to establish simulation method to simulate the interaction between the superfine ammonium biphosphate and gasoline combustion flame. Whereafter, the interaction between movement character and thermal decomposition behavior for superfine ammonium biphosphate in gasoline combustion zone will be researched, and its influence to free radical reaction process will be also analyzed. So, the physical and chemical coupling extinguishing mechanism of superfine ammonium biphosphate inhibiting gasoline combustion will be revealed.

开展超细磷酸二氢铵抑制汽油燃烧物理化学耦合作用机理研究，对于科学认识其灭火机理和开发高效灭火剂具有重要意义。课题采用DSC研究不同颗粒表面状态和粒径的超细磷酸二氢铵在汽油燃烧温度范围内的热解特性；采用气相色谱和FT-ICR MS、GCMS测试热解产物和浓度，分析自由基热引发机制及影响因素。采用PLIF测量燃烧区内OH·、H·等自由基浓度在灭火剂施放前后的变化，结合抑制汽油燃烧反应产物组成和结构测试，建立超细磷酸二氢铵抑制汽油燃烧自由基反应进程。基于气固两相流动理论、超细磷酸二氢铵热解特性及抑制汽油燃烧自由基反应机理，构建超细磷酸二氢铵物理化学耦合灭火数学模型，基于CHEKIN和FLUENT软件建立超细磷酸二氢铵与汽油火焰相互作用数值模拟方法并开展数值模拟研究，结合实验研究超细磷酸二氢铵在汽油火场中的物理运动特性及热解特性的相互影响，以及对自由基反应进程的影响，揭示物理化学耦合灭火作用机理。

干粉灭火剂因其优越的灭火性能和环境友好性被各国政府消防部门使用，高性能的干粉灭火剂的研发成为灭火剂研究领域的热点和重点。为了更好地扑灭频发的火灾事故、保证生产过程安全且满足哈龙灭火剂的淘汰后对高效灭火剂的迫切需求，本项目选取典型超细干粉灭火剂——超细磷酸二氢铵作为研究对象，针对其物理化学耦合灭火作用机理完成的主要研究内容包括：（1）以超细磷酸二氢铵为主料，通过超细化和改性等手段制备出三种新型复合超细干粉灭火剂（添加剂分别为沸石、二茂铁和氢氧化铝），并对其进行了热分析（TGA、DSC）研究，确定超细磷酸二氢铵的热分解特性；（2）完成了两种灭火效应探测实验平台的搭建，分别为1m³小尺寸灭火室和杯式燃烧器实验平台，用以研究最小灭火浓度以及灭火实验，对超细磷酸二氢铵的灭火效能进行了研究。并对超细磷酸二氢铵进行物性表征，揭示了其物理特性；（3）基于气固两相流动理论，建立了杯式燃烧器中超细磷酸二氢铵与油火焰相互作用的模拟方法，并研究了超细磷酸二氢铵在火场中的颗粒运动状态以及CO以及NOx的浓度变化；（4）通过Gaussian16软件，模拟计算得出可能的反应路径、过程中的机理、动力学和热化学变化。同时，通过VMD软件对分子表面静电势分布进行分析，运用Multiwfn软件对反应过程中的Mayer键级变化进行计算，确定化学基元反应和主要反应路径，最终揭示超细磷酸二氢铵干粉与火焰中自由基的反应路径。