洁净化学灭火气体释放扩散性能及其与火焰相互作用机理研究

本课题通过模拟试验、数值计算和理论分析等手段的结合，针对洁净化学灭火气体（环境友好卤烃）的释放特性、汽化特性、扩散特性以及与火焰相互作用机理等哈龙替代技术的核心科学问题开展研究。主要包括：通过构建卤烃存储压力试验测量平台，研究氮气在卤烃中的溶解度以及不同温度下卤烃存储压力的变化规律，并基于量子化学第一性原理的热力学性质计算结果，构建卤烃介质的释放压力理论预测模型；其次，基于卤烃释放和扩散过程的实验测量数据，并结合卤烃的热力学特性以及流体动力学的相关理论方法，建立卤烃灭火介质释放和扩散过程的理论预测方法；最后，通过卤烃灭火性能试验测量平台，定量研究不同燃料在卤烃作用下的临界灭火条件，并基于环境友好卤烃的动力学灭火机理数值计算结果，构造卤烃和火焰相互作用的机理模型。该课题的研究，可以指导新开发环境友好卤烃的最佳灭火方式设计，确保其灭火能力的最大发挥，为提高我国的火灾扑救能力提供技术支持。

气体灭火剂由于具有灭火后无残留、对灭火现场无污染和不导电等优点而在电子计算机房、图书馆、档案室、船舶机舱等重点场所得到了广泛的应用。然而，目前我国在发展新型化学气体灭火介质方面，原创性成果贫乏，和西方发达国家差距较大。其中原因之一为目前我国对于新型灭火剂评定，仅能通过试验研究来实现，缺乏综合性能有效评定的系列理论体系支撑和指导，这导致了开发新型灭火剂的风险增大和研发成本的提高。本课题针对该方面的不足，通过实验研究和理论研究的结合，研究卤烃介质存储压力、汽化速率、释放性能、扩散性能以及与火焰的相互作用机理等，通过环境友好卤烃各种性能参数的模拟预测，实现以有限的人力物力，在最短的时间内，筛选出具有应用潜力灭火剂的目的。. 本课题在已有工作的基础上，开展了以下研究工作：首先通过卤烃的存储性能测试平台，研究驱动气体在卤烃中溶解度以及不同温度下卤烃存储压力的变化规律，并基于热力学性质的理论计算结果，构建卤烃存储性能理论预测模型；其次，基于卤烃释放和扩散实验测量数据，结合卤烃热力学的理论计算结果以及流体动力学的相关理论，建立卤烃释放和扩散的理论模拟方法；最后，通过灭火性能测试平台，定量研究卤烃气体对不同燃料的临界灭火条件；基于卤烃动力学灭火机理和临界灭火条件的研究结果，构造卤烃和火焰相互作用的过程机理模型。. 本课题取得了以下研究成果：系统研究了含氟酮类（以Novec 1230为代表）、可降解含溴烯烃类(以2-BTP为代表)、环状含氟烃类(以F7A为代表)、饱和含氟烷烃类（以七氟丙烷为代表）具有代表性卤烃灭火剂的性能参数，提出了相应理论体系和数学模型；在灭火能力的动力学机理方面，研究了卤烃的高温裂解机理、和火焰相互作用机理等理论体系，在国际著名期刊发表学术论文3篇；在卤烃的存储条件、临界压力、存储过程中腐蚀性及稳定性评价方面，相关成果发表学术论文3篇，完成硕士毕业论文2篇，并申请发明专利1项；在卤烃的动力学灭火机理、环境友好性评价方面，发表学术论文2篇；在卤烃的扩散、临界灭火条件方面，完成硕士毕业论文1篇，发表学术论文3篇。. 该项目共发表相关学术论文13篇（SCI收录5篇）；培养硕士研究生六名（三名已答辩），并申请发明专利1项。