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题名气固两相介质协同抑制瓦斯爆炸实验及分子动力学研究
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作者
谯永刚
华杰
袁丹萍
张泽宇
左文哲
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机构
太原理工大学安全与应急管理工程学院
中国矿业大学安全工程学院
山西省地质矿产研究院有限公司
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出处
《爆炸与冲击》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期167-178,共12页
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基金
国家自然科学基金联合基金(U1810206)
山西省青年科学研究项目(202103021223116)。
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文摘
针对传统单相抑爆介质效果不佳的问题,提出气固两相介质通过不同抑爆原理的协同作用,实现高效快速抑制瓦斯爆炸。研究使用NaHCO3粉体与CO_(2)气体协同抑制瓦斯爆炸的方法,选用标准20 L球形爆炸测试装置,并通过密度泛函理论对甲烷爆炸微观反应机理中各反应物、过渡态、产物进行构型优化,在此基础上进行后续计算。结果表明:体积分数为16%的CO_(2)和质量浓度为0.35 g/L的NaHCO3单相介质对瓦斯爆炸具有优良的抑制效果,但0.1 g/L粉体存在时会使最大升压速率提升17.9%;气固两相介质抑爆相较单相CO_(2)、单相NaHCO3粉体使最大爆炸压力降低,采用体积分数为8%的CO_(2)协同0.125 g/L粉体时,瓦斯爆炸最大爆炸压力降低72.42%,最大升压速率降至2.345 MPa/s,抑制效果达到最优;但当体积分数为4%的CO_(2)协同0.05 g/L粉体时会使最大爆炸升压速率上升93.68%,反应呈现出一定的加剧现象;量子化学计算表明,在气固两相介质协同抑制瓦斯爆炸的过程中,NaHCO3粉体裂解会吸收反应体系中的热量,其分解产物会与混合体系中的OH·、H·优先反应,阻碍O·的产生,将链式过程抑制在CH2O阶段,进而抑制链式反应的传递过程;NaHCO3粉体分解产生的CO_(2)与混合体系中的CO_(2)稀释了混合体系中甲烷的体积分数,减少甲烷与氧气分子之间碰撞发生的概率,对反应进程起到有效抑制作用。
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关键词
抑制瓦斯爆炸
气固两相介质协同
反应机理
混合体系
吸热
分子动力学
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Keywords
gas explosion suppression
synergistic gas-solid two-phase media
reaction mechanism
mixed systems
heat absorption
molecular dynamics
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分类号
O389
[理学—流体力学]
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