纳米气泡柴油燃烧与碳烟形成过程的光学诊断研究

本文推荐：该研究通过多尺度方法（耦合20L球形爆炸罐实验与高精度化学动力学模型），揭示了正/异丁烷混合体系的爆炸抑制机制。研究发现异丁烷支链分子结构通过选择性捕获关键自由基（·H/·OH）显著削弱链式反应，并确定了临界混合比阈值（>40%）和最佳爆炸浓度（4%）。研究为工业丁烷安全利用与抑爆技术开发提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究系统揭示了正丁烷（n-C₄H₁₀）/异丁烷（i-C₄H₁₀）混合气体爆炸动力学中化学当量比与分子结构的耦合机制，主要结论如下：

关键发现

1. 1.

   爆炸压力峰值（P_max）受浓度与混合比双重调控：当燃料浓度φ=4%时达到最佳爆炸强度（0.897 MPa），而异丁烷比例（R）每增加20%，P_max下降0.1 MPa，临界抑制阈值R>40%。

2. 2.

   分子结构效应：异丁烷支链通过优先捕获·H/·OH自由基重构反应路径，使关键基元反应R1（H+O₂=O+OH）速率常数降低38%，显著抑制链式反应。

3. 3.

   火焰动力学：4%浓度下火焰传播速度最快（2.15 m/s），压力上升速率（dp/dt）_max达72.4 MPa/s，证实当量比对自由基池的调控作用。

安全意义

液化石油气（LPG）中正/异丁烷比例波动是储运安全的重大隐患。本研究提出的临界阈值与浓度优化策略，为工业中精准量化抑爆技术开发提供了分子层面的设计依据。

结论

通过化学动力学模拟与实验验证，首次阐明异丁烷支链结构通过"自由基捕获-链反应中断"的微观抑爆机制，填补了C₄烷烃混合体系爆炸特性调控的理论空白。