氣固兩相介質協同抑制瓦斯爆炸實驗及分子動力學研究

摘要： 針對傳統單相抑爆介質效果不佳的問題，提出氣固兩相介質通過不同抑爆原理的協同作用，實現高效快速抑制瓦斯爆炸。研究使用NaHCO3 粉體與CO2 氣體協同抑制瓦斯爆炸的方法，選用標準20 L 球形爆炸測試裝置，并通過密度泛函理論對甲烷爆炸微觀反應機理中各反應物、過渡態、產物進行構型優化，在此基礎上進行后續計算。結果表明：體積分數為16% 的CO2 和質量濃度為0.35 g/L 的NaHCO3 單相介質對瓦斯爆炸具有優良的抑制效果，但0.1 g/L粉體存在時會使最大升壓速率提升17.9%；氣固兩相介質抑爆相較單相CO2、單相NaHCO3 粉體使最大爆炸壓力降低，采用體積分數為8% 的CO2 協同0.125 g/L 粉體時，瓦斯爆炸最大爆炸壓力降低72.42%，最大升壓速率降至2.345 MPa/s，抑制效果達到最優；但當體積分數為4% 的CO2 協同0.05 g/L 粉體時會使最大爆炸升壓速率上升93.68%，反應呈現出一定的加劇現象；量子化學計算表明，在氣固兩相介質協同抑制瓦斯爆炸的過程中，NaHCO3 粉體裂解會吸收反應體系中的熱量，其分解產物會與混合體系中的OH·、H·優先反應，阻礙O·的產生，將鏈式過程抑制在CH2O 階段，進而抑制鏈式反應的傳遞過程； NaHCO3 粉體分解產生的CO2 與混合體系中的CO2 稀釋了混合體系中甲烷的體積分數，減少甲烷與氧氣分子之間碰撞發生的概率，對反應進程起到有效抑制作用。

關鍵詞： 抑制瓦斯爆炸；氣固兩相介質協同；反應機理；混合體系；吸熱；分子動力學

中圖分類號： O389 國標學科代碼： 13035 文獻標志碼： A