瓦斯爆炸早期抑爆微观化学与物理过程的耦合作用机理

The experiments on gas explosion with different parameters will be made on the multiple gas explosion systems. The spectrum，the image and the schlieren image of gas explosion flame will be obtained by the spectrograph, the fast camera and the schlieren respectively. The microcosmic chemistry dynamics, flame characteristic, flame microcosmic configuration and their relationship and coupling mechanism will be analyzed by spectral analysis and image analysis. The mechanism of gas explosion suppression will be analyzed by GAUSSIAN, which will include the key radicals and reactions affected by the suppressor，the key suppression radicals released by the suppressor and the key radical reactions involved in by the suppressor. Base on the microcosmic chemistry, physics mechanism and their coupling mechanism of gas explosion and explosion suppresion, new suppressor will be developed, which explosion suppression effect will be better. The explosion suppression effect and mechanism of the new suppressor will be analyzed by the above method. This study will analyze the relationship between microcosmic chemistry process and macroscopic physics phenomenon, verify the assumption and guess about the microcosmic chemistry mechanism of gas explosion suppression, try the research technology roadmap of new suppressor, and offer theoretical basis and reference approach for suppressor research.

在多个瓦斯爆炸实验平台上进行多参数大批次实验，利用光栅光谱仪获取的火焰发射光谱、高速摄影机获取的火焰图像和纹影仪获取的火焰纹影图像，采用光谱分析和图像分析方法，分析瓦斯爆炸早期爆炸及抑爆微观化学动力学过程和火焰特征及其精细结构，并分析两者之间的关系及相互耦合作用机理。利用GAUSSIAN量子化学软件，分析抑爆剂抑爆机理，包括链式反应过程中，受抑爆剂干扰的关键自由基，受影响的关键基元反应，抑爆剂起主要抑爆作用的关键抑爆自由基、参与的关键基元反应。根据抑爆化学机理和物理机理及其耦合作用，从自由基和离子的微观角度有针对性的研发高效抑爆剂。采用实验和理论模拟相结合的方法，分析新型抑爆剂的抑爆机理和抑爆效果。本项研究可以初步建立瓦斯爆炸早期微观化学过程与宏观物理现象的联系，实验验证前人研究中对抑爆剂抑爆微观化学机理的理论假设或猜想，探索新型抑爆剂研发技术路线，为研发高效抑爆剂提供理论基础和方法参考。

瓦斯抑爆机理研究是发展瓦斯爆炸主动抑爆技术的基础。建立瓦斯爆炸微观抑爆机理与宏观抑爆效果之间的联系，对于深化抑爆机理研究，掌握抑爆核心技术，研发高效抑爆剂，提高抑爆效果具有重要意义。.项目选取19种抑爆剂，在2套爆炸实验平台上进行了500余组瓦斯爆炸实验，利用光栅光谱仪获取的火焰发射光谱、高速摄影机获取的火焰图像和纹影仪获取的火焰纹影图像，采用光谱分析和图像分析方法，分析得出NH4H2PO4、NaHCO3、CO(NH2)2等3种抑爆剂和金属离子（Na、K、Mg）、卤素离子（Cl、Br、I）、磷酸根类（H2PO4、HPO4、PO4）等3类离子对爆炸压力、火焰传播速度、火焰温度、火焰分形维数等反映宏观物理过程的爆炸特征参数的影响，对爆炸过程中产生的典型自由基的种类、相对数量、存在时长等反应微观化学过程的特征参数的影响，以及宏观爆炸特征参数与微观特征参数的耦合关系。利用GAUSSIAN量子化学软件，分析得出链式反应过程中，受到了抑爆剂干扰的关键自由基，受到了影响的关键基元反应，抑爆剂起主要抑爆作用的关键抑爆自由基、参与的关键基元反应。以此为基础，分析得出3种优化的抑爆剂配比方案和1种较优的抑爆剂材料。本项研究初步建立了典型抑爆剂作用下瓦斯爆炸早期微观化学过程与宏观物理过程的联系，探索得出一种新型抑爆剂研发技术路线，为研发高效抑爆剂提供理论基础和方法参考。.项目在国内外学术期刊或国际会议上发表学术论文7篇，其中SCI检索1篇，EI检索2篇，CSCD检索及中文核心期刊3篇；正在申请国家发明专利1项；培养研究生5人。