[發(fā)明專利]基于爆炸壓力與自由基耦合關(guān)系的抑爆介質(zhì)選擇方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010545087.6
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111912876A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅振敏;李大方;蘇彬;王濤;李青;李逵
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G01N25/54
• 分類號: G01N25/54;G01N33/22
• 代理公司: 西安啟誠專利知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61240
• 代理人: 李艷春

本發(fā)明公開了一種基于爆炸壓力與自由基耦合關(guān)系的抑爆介質(zhì)選擇方法，包括步驟：一、根據(jù)爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理與熱力學(xué)原理，建立可燃?xì)怏w爆炸壓力峰值與自由基濃度的數(shù)學(xué)模型；二、采用理論分析的方法對數(shù)學(xué)模型的可靠性進(jìn)行分析；三、根據(jù)數(shù)學(xué)模型確定出自由基對爆炸壓力增益效果的權(quán)重比計算方法；四、當(dāng)需要往可燃?xì)怏w中加入抑爆介質(zhì)時，進(jìn)行可燃?xì)怏w爆炸實驗，實時檢測并收集爆炸壓力特性數(shù)據(jù)和自由基發(fā)射強(qiáng)度數(shù)據(jù)；五、計算自由基對爆炸壓力增益效果的權(quán)重比；六、選取權(quán)重比中數(shù)值最小對應(yīng)的備選抑爆介質(zhì)作為抑爆介質(zhì)。本發(fā)明為選擇抑爆劑提供了可靠的方法，有助于推動化學(xué)抑爆技術(shù)的發(fā)展，減少化工和煤礦行業(yè)的氣體爆炸事故。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可燃?xì)怏w爆炸特性研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于爆炸壓力與自由基耦合關(guān)系的抑爆介質(zhì)選擇方法。

背景技術(shù)

氣體爆炸可能會產(chǎn)生高溫高壓的爆轟波，在短時間內(nèi)造成不可預(yù)測的危害，常發(fā)生于化工和煤礦行業(yè)。爆轟波是高溫高壓氣體伴隨化學(xué)反應(yīng)超音速傳播的物理過程，它能以固有波速持續(xù)傳播的原因是爆炸反應(yīng)足以補(bǔ)充其能量消耗。爆炸壓力可以反映爆炸強(qiáng)度，它是燃燒放熱的結(jié)果。而反應(yīng)熱與產(chǎn)物濃度呈線性關(guān)系。因此，我們推測爆炸壓力與產(chǎn)物濃度之間存在相關(guān)性。大多數(shù)工業(yè)場所中，氣體爆炸的本質(zhì)是以CH₄為主的多元可燃?xì)怏w的高速鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在此過程中會產(chǎn)生大量的自由基，與氣體分子共同游離于空氣中，作為反應(yīng)中間體占據(jù)一部分體積。因此，需要提出一種獲得活性中間體重要性序列的方法，為選擇抑爆劑提供了理論依據(jù)。

隔爆和抑爆是常見的防爆技術(shù)，前者利用不燃介質(zhì)防止火焰?zhèn)鞑ィ鸬较拗票▍^(qū)域的作用，后者利用惰性介質(zhì)對化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生降溫與窒息效應(yīng)，起到限制爆炸反應(yīng)的作用。無論是隔熱、降溫或是窒息效應(yīng)，均是利用了介質(zhì)的物理作用，如何通過介質(zhì)的化學(xué)作用，破壞鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的內(nèi)在過程，是值得我們思考的問題。因此，分析爆炸壓力與自由基濃度的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，建立對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)相關(guān)系數(shù)評價自由基對爆炸壓力的增益效果，能夠得出爆炸過程中重要自由基對爆炸壓力的增益權(quán)重比，為化學(xué)抑爆介質(zhì)的選取提供理論依據(jù)。

爆炸壓力與自由基濃度分別表征了爆炸過程中的能量擴(kuò)散與中間體生成，構(gòu)建爆炸壓力與自由基濃度的關(guān)系能夠建立能量擴(kuò)散與中間體生成的橋梁，實現(xiàn)宏觀現(xiàn)象與微觀機(jī)理的結(jié)合。初始條件能夠影響爆炸壓力，研究表明，升高初始溫度會縮短達(dá)到最大爆炸壓力的時間并使峰值下降，升高初始壓力會延長達(dá)到最大爆炸壓力的時間并使峰值上升。當(dāng)量比常用于表征混合氣中燃料與空氣的比例，Zhang L等研究發(fā)現(xiàn)，隨著當(dāng)量比的增加，最大爆炸壓力先增后減，且峰值出現(xiàn)在1.15-1.25之間。其他因素對爆炸壓力也有一定影響，Kundu S K等發(fā)現(xiàn)，點火能量增加會使最大爆炸壓力上升，Zhang Q等發(fā)現(xiàn)，壓力傳感器與點火源的距離越遠(yuǎn)，最大爆炸壓力越小。因此，目前對爆炸壓力影響因素的研究已經(jīng)相對完善，學(xué)者們將目標(biāo)轉(zhuǎn)向宏觀現(xiàn)象與微觀機(jī)理的耦合分析，自由基與爆炸壓力的關(guān)聯(lián)性成為氣體爆炸領(lǐng)域的科研前沿。

光譜分析法是研究爆炸過程中自由基賦存規(guī)律的有效手段，李孝斌等據(jù)此驗證了爆炸感應(yīng)期內(nèi)CN*、CH*、CHO*的存在，且CH₄體積分?jǐn)?shù)對自由基發(fā)射強(qiáng)度與爆炸壓力的影響規(guī)律基本一致。Gaussian能夠反映爆炸過程中自由基的傳遞規(guī)律，羅振敏等利用該軟件對相關(guān)基元反應(yīng)進(jìn)行了熱力學(xué)分析，并通過假說演繹的方法初步驗證了惰性氣體抑制甲烷爆炸的微觀機(jī)理。我們推測爆炸壓力與自由基濃度是正相關(guān)的，而目前該方向的研究尚有不足，限制了化學(xué)抑爆思路的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于爆炸壓力與自由基耦合關(guān)系的抑爆介質(zhì)選擇方法，其為選擇抑爆劑提供了可靠的方法，有助于推動化學(xué)抑爆技術(shù)的發(fā)展，減少化工和煤礦行業(yè)的氣體爆炸事故。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于爆炸壓力與自由基耦合關(guān)系的抑爆介質(zhì)選擇方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理與熱力學(xué)原理，建立可燃?xì)怏w爆炸壓力峰值與自由基濃度的數(shù)學(xué)模型；