[发明专利]基于爆炸压力与自由基耦合关系的抑爆介质选择方法

说明书

本发明公开了一种基于爆炸压力与自由基耦合关系的抑爆介质选择方法，包括步骤：一、根据爆炸链式反应机理与热力学原理，建立可燃气体爆炸压力峰值与自由基浓度的数学模型；二、采用理论分析的方法对数学模型的可靠性进行分析；三、根据数学模型确定出自由基对爆炸压力增益效果的权重比计算方法；四、当需要往可燃气体中加入抑爆介质时，进行可燃气体爆炸实验，实时检测并收集爆炸压力特性数据和自由基发射强度数据；五、计算自由基对爆炸压力增益效果的权重比；六、选取权重比中数值最小对应的备选抑爆介质作为抑爆介质。本发明为选择抑爆剂提供了可靠的方法，有助于推动化学抑爆技术的发展，减少化工和煤矿行业的气体爆炸事故。

技术领域

本发明属于可燃气体爆炸特性研究技术领域，具体涉及一种基于爆炸压力与自由基耦合关系的抑爆介质选择方法。

背景技术

气体爆炸可能会产生高温高压的爆轰波，在短时间内造成不可预测的危害，常发生于化工和煤矿行业。爆轰波是高温高压气体伴随化学反应超音速传播的物理过程，它能以固有波速持续传播的原因是爆炸反应足以补充其能量消耗。爆炸压力可以反映爆炸强度，它是燃烧放热的结果。而反应热与产物浓度呈线性关系。因此，我们推测爆炸压力与产物浓度之间存在相关性。大多数工业场所中，气体爆炸的本质是以CH₄为主的多元可燃气体的高速链式反应，在此过程中会产生大量的自由基，与气体分子共同游离于空气中，作为反应中间体占据一部分体积。因此，需要提出一种获得活性中间体重要性序列的方法，为选择抑爆剂提供了理论依据。

隔爆和抑爆是常见的防爆技术，前者利用不燃介质防止火焰传播，起到限制爆炸区域的作用，后者利用惰性介质对化学反应产生降温与窒息效应，起到限制爆炸反应的作用。无论是隔热、降温或是窒息效应，均是利用了介质的物理作用，如何通过介质的化学作用，破坏链式反应的内在过程，是值得我们思考的问题。因此，分析爆炸压力与自由基浓度的内在关联，建立对应的数学模型，并根据相关系数评价自由基对爆炸压力的增益效果，能够得出爆炸过程中重要自由基对爆炸压力的增益权重比，为化学抑爆介质的选取提供理论依据。

爆炸压力与自由基浓度分别表征了爆炸过程中的能量扩散与中间体生成，构建爆炸压力与自由基浓度的关系能够建立能量扩散与中间体生成的桥梁，实现宏观现象与微观机理的结合。初始条件能够影响爆炸压力，研究表明，升高初始温度会缩短达到最大爆炸压力的时间并使峰值下降，升高初始压力会延长达到最大爆炸压力的时间并使峰值上升。当量比常用于表征混合气中燃料与空气的比例，Zhang L等研究发现，随着当量比的增加，最大爆炸压力先增后减，且峰值出现在1.15-1.25之间。其他因素对爆炸压力也有一定影响，Kundu S K等发现，点火能量增加会使最大爆炸压力上升，Zhang Q等发现，压力传感器与点火源的距离越远，最大爆炸压力越小。因此，目前对爆炸压力影响因素的研究已经相对完善，学者们将目标转向宏观现象与微观机理的耦合分析，自由基与爆炸压力的关联性成为气体爆炸领域的科研前沿。

光谱分析法是研究爆炸过程中自由基赋存规律的有效手段，李孝斌等据此验证了爆炸感应期内CN*、CH*、CHO*的存在，且CH₄体积分数对自由基发射强度与爆炸压力的影响规律基本一致。Gaussian能够反映爆炸过程中自由基的传递规律，罗振敏等利用该软件对相关基元反应进行了热力学分析，并通过假说演绎的方法初步验证了惰性气体抑制甲烷爆炸的微观机理。我们推测爆炸压力与自由基浓度是正相关的，而目前该方向的研究尚有不足，限制了化学抑爆思路的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于爆炸压力与自由基耦合关系的抑爆介质选择方法，其为选择抑爆剂提供了可靠的方法，有助于推动化学抑爆技术的发展，减少化工和煤矿行业的气体爆炸事故。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于爆炸压力与自由基耦合关系的抑爆介质选择方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据爆炸链式反应机理与热力学原理，建立可燃气体爆炸压力峰值与自由基浓度的数学模型；