应急救援空间内氧烛供氧特性及燃烧稳定性研究

Based on the theories of chemical thermodynamics, diffusion kinetics, combustion science and other subjects, the project focuses on the issues of the key technology of oxygen candle in emergency rescue space, especially on theoretical aspect. According to the oxygen performance experiment, burn performance experiment, calories controlled experiment, chlorine suppression experiment and theoretical analysis, the project researches the chemical reaction mechanism of sodium chlorate oxygen candle and the impact characteristics of catalyst and metal fuel of oxygen candle, explores the influence regular pattern of the molding process of oxygen candle to the combustion stability performance, proves the heat diffusion mechanism of oxygen candle, compares control effects between insulation and endothermic phase change technology, analyzes the high temperature side reaction regular pattern with the generation of chlorine and compares the absorption properties among different inhibit-chlorine agents. The research will ultimately determine that the formula, candle molding process and structure to ensure efficient and stable thermal reaction of oxygen candle and propose the control technology to prevent the heat diffusion and chlorine gas release. The conclusions will provide a theoretical basis for the application of oxygen candle in emergency rescue space and improve the chemical oxygen supply technology.

本项目主要针对应急救援空间中氧烛供氧的关键技术，尤其是基础理论问题，综合运用化工热力学理论、扩散动力学、燃烧学等交叉学科知识，通过供氧性能试验、燃烧性能试验、热量控制试验、抑氯试验及理论分析的方法，研究氯酸钠氧烛供氧的反应机理，分析金属燃料及催化剂对氧烛供氧性能的影响规律；探寻氧烛成型工艺及结构对燃烧反应稳定性能的影响规律；探明氧烛反应热量扩散机理，对比分析隔热及相变吸热技术对热量扩散的控制效果；分析氧烛高温副反应释放氯气的规律，对比分析不同抑氯剂对氯气的吸收性能。最终确定氧烛高效供氧及稳定热反应的配方、成型工艺及烛体结构，提出防止反应热量扩散和氯气释放的控制技术，为应急救援空间氧烛供氧的有效应用提供理论依据，推动并完善化学供氧技术的发展。

氧烛供氧是避险空间内主要供氧方式之一，提高氧烛供氧性能，保证供氧安全性，减小避险空间内环境负荷是目前亟需解决的问题。.本项目研究了氧烛烛体组分对供氧性能的影响。通过热重试验，分别测定了纯氯酸钠的TG曲线及添加不同比例催化剂三氧化二钴、四氧化三钴、氧化铜、三氧化二铁、二氧化锰后的氧烛TG曲线，确定了纯氯酸钠材料的初始反应温度及其失重比；揭示了添加了同一种催化剂的氧烛，其起始反应温度随着催化剂比例增加而降低，但具有极限值的规律；其中，四氧化三钴表现出较佳的催化性能。利用热重试验和氧烛供氧反应试验，分析、验证了金属燃料的添加能够降低氧烛起始反应温度，且铁、镁、锰三种金属中， 镁、锰金属的添加能够显著提高氧烛产氧密度。研究了氧烛的成型方法和烛体结构对供氧性能的影响。通过氧烛烛体的抗弯、抗压试验，确定了能够提高氧烛整体性能和压制效率的压制方式、加压次数、加压速度、压力大小和粘结剂种类。通过同质量但不同直径、高度以及分层结构氧烛的供氧试验，证明了大直径、分层结构氧烛能够提高氧烛反应完全程度，增加产氧量及稳定产氧速率。研究了氧烛反应热量扩散规律，监测了烛体外壳及环境温度变化情况。通过模拟避险空间内氧烛供氧反应试验，分析、归纳了不同比例分层结构氧烛的外壳温度均遵循迅速增加、缓慢增加、达到最高值、逐渐降低的规律。同时，监测并记录了模拟避险空间内环境温度的变化，确定了能够有效降低环境温度，并适用于氧烛供氧的隔热棉材料。研究了氧烛反应氯气生成机理及其控制技术。通过分析氧烛压制方法及成分的物化性质，确定了导致氧烛供氧反应生成氯气的主要原因及反应过程。通过对比分析二氧化钡、氢氧化钠和霍加拉特剂的特性、、抑制和吸收氯气的机理以及其在氧烛高温反应过程中可能发生的反应，确定了适用于吸收生成氯气的材料及其外壳过滤层结构。.本项目研究成果为完善氧烛供氧技术，解决现存主要问题提供了科学依据，同时为氧烛在相关领域的推广和应用奠定了基础。