name: Механизм и кинетика химических процессов в пламенах с добавками химически активных ингибиторов и пламегасителей
keyword_list: пламегаситель молекулярно-пучковая масс-спектрометрия структура пламени скорость горения фосфорорганические соединения цепные разветвленные химические реакции свободные атомы и радикалы численное моделирование
abstract: Диссертация посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию механизма и кинетики химических реакций в пламенах газообразных горючих смесей с добавками химически активных фосфор- и металлсодержащих ингибиторов горения в широком диапазоне условий. Ингибиторы горения используются для борьбы с пожарами и взрывами, поэтому исследование механизма действия ингибиторов на процессы горения на молекулярном уровне позволяет предсказывать эффект добавок этих веществ, а также находить эффективные пламегасители и методы их применения.
  Результаты работы включают пять частей. В первой части излагаются результаты исследований влияния добавок фосфор- и металлсодержащих ингибиторов горения на химическую и тепловую структуру предварительно перемешанных пламен, а также на скорость распространения предварительно перемешанных пламен, выполненные с использованием методов зондовой молекулярно-пучковой масс-спектрометрии, микротермопар, измерения скорости горения с помощью плоской горелки. На основе полученных экспериментальных данных по структуре и скорости распространения водородо-воздушных пламен проведена проверка и выполнено уточнение химико-кинетического механизма ингибирования горения добавками фосфорорганических соединений (ФОС), такими как триметилфосфат (ТМФ). Экспериментально и численно показано, что ингибирующий эффект добавок ФОС в водородо-воздушные и углеводородо-воздушные горючие смеси связан с рекомбинацией ключевых радикалов в пламени – Н, ОН, О в реакциях с продуктами превращения ФОС, такими как РО, РО2, НОРО, НОРО2. Установлены особенности механизма ингибирования пламен водородо- и углеводородо-воздушных смесей добавками железо- и калийсодержащих соединений. Разработаны и протестированы скелетные (компактные) химико-кинетические механизмы ингибирования водородо-воздушных и углеводородо-воздушных пламени добавками ФОС.
  Во второй части работы рассматриваются результаты исследования эффекта добавок ФОС на структуру и условия погасания диффузионного пламени на проти¬вотоках смесей СН4/N2 и O2/N2, на концентрационные пределы распро¬странения пламени предварительно перемешанной смеси СН4/воздух, на условия гашения пламени н-гептана в спутном потоке воз¬духа и в замкнутом объеме, на условия гашения турбулентного пла¬мени пропана. Установлено, что все исследованные ФОС в диффузионном противо¬точном пламени CH4/N2-O2/N2 (0.2/0.8-0.4/0.6) при их введении в по¬ток окислителя (смесь O2+N2) одинаково уменьшают градиент скоро¬сти при его гашении по сравнению с его значением при гашении пла¬мени без добавки.  Экспериментально и путем численных расчетов показано, что до¬бавки ТМФ заметно уменьшают концентрационные пределы распростране¬ния пламени CH4/воздух. Эффект добавки ТМФ на нижний и верхний концентрационные пределы для смеси CH4/воздух практически одинаков, однако механизм лучше согласуется с измерениями для нижнего концентрационного предела, чем для верхнего (богатого). Установлено, что эффективность гашения диффузионного пла¬мени н-гептана в спутном потоке воздуха для исследуемых ФОС в 1.8-2.3 раз выше, чем CF3Br. Продемонстрировано, что эффективность гашения турбулентного пла¬мени потока пропана при импульсной подаче (1 сек) пламегасителей в поток воздуха для (CF3CH2O)3P на 10-12% выше, чем для CF3Br.
   В третьей части работы представлены результаты изучения горения высокоскоростных микроструй водорода, истекающих из микросопел в воздух, а также исследований влияния добавок различных газов в водород или в воздух на устойчивость горения этих микроструй водорода. Установлено, что наиболее силь¬ное влияние (определенное по объемной концентрации этих доба¬вок в смеси) наблюдается в случае введения  CF3Br, ТМФ, He, N2, Ar, CO2, СH4, O2  в поток водорода. При сопоставлении эффекта добавок ТМФ и CF3Br в поток H2, CF3Br в 3 раза более эффективно ингибирует диффузионное пламя микроструи Н2, чем ТМФ. Однако в случае добавок ТМФ и CF3Br в воздух, ТМФ в 4.8 раза более эффективно ингибирует диффузионное пламя микроструи Н2, чем CF3Br.
  В четвертой части приведены результаты отбора наиболее перспективных пламегасителей на основе различных фторированных ФОС, а также результаты определения огнетушащей  эффективности синергетических смесей ФОС с йодсодержащими соединениями и инертными разбавителями. Для смесей на основе (CF3CH2O)3P (трис(2,2,2-трифторэ¬тил)фосфит - ФТЭФ), (СН3О)3Р (триметилфосфит), (СН3О)3РО (триметил¬фосфат - ТМФ), F6P3N3 (гексафтороциклотрифосфазен - ГФЦФ), йодистый метил (СН3I), с инертными разбавителями - CO2 и N2 обнаружено синергетиче¬ское взаимодействие между этими компонентами, что позволило на основе этих соединений разработать эффективную многокомпонентную огнетушащую композицию. Установлено, что минимальная массовая гасящая кон¬центрация (МГК) комбинированных пламегасителей, таких как смеси CO2+(CF3CH2O)3P и CO2+(CF3CH2O)3P+CH3I, в 1.7-2.4 раза ниже МГК чистого CO2.
  В пятой части работы рассматриваются результаты натурных экспериментов по гашению очагов пожара травы и древесины с помощью аэрозолей растворов калийсодержащих ингибиторов. Проведенные исследования позволили установить, что для тушения пламени модельного очага пожара древесины воздействием потока воздуха, содержащего аэро¬золь 30%-го водного раствора K3[Fe(CN)6], требуется в 1.8-1.9 раз меньшее количество жидкости по сравнению с использованием чистой воды в тех же условиях и в  30 раз меньше нормативного расхода чистой воды при тушении из бранд¬спойта.
chairman_dissertation_council.name: Андрей
chairman_dissertation_council.surname: Онищук
chairman_dissertation_council.patronymic: Александрович
chairman_dissertation_council.position: директор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор химических наук
chairman_dissertation_council.rank: Доцент
chairman_dissertation_council.wos_research_id: -
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6603798288
chairman_dissertation_council.rinc_id: -
chairman_dissertation_council.orcid: -
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Андрей
organization_supervisor.surname: Онищук
organization_supervisor.patronymic: Александрович
organization_supervisor.position: директор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 31.15.27
rubrics.name: Кинетика. Гомогенный катализ. Горение. Взрывы
rubrics.code: 29.29.39
rubrics.name: Взаимодействие атомов и молекул с внешними полями и излучением
oecds.code: 01.03.UH
oecds.name: PHYSICS, ATOMIC, MOLECULAR & CHEMICAL
speciality_codes.name: Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества
speciality_codes.code: 01.04.17
supervisors.fio: Коробейничев О.П.
supervisors.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Иванов В.С.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Кузнецов Г.В.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Теплофизика и теоретическая теплотехника
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Азязов В.Н.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Лазерная физика
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ИХКГ СО РАН
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ И ГОРЕНИЯ ИМ. В.В. ВОЕВОДСКОГО СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
protection_organization.ogrn: 1025403648445
protection_organization.supervisor_name: АНДРЕЙ
protection_organization.supervisor_surname: ОНИЩУК
protection_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСАНДРОВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ИХКГ СО РАН
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ И ГОРЕНИЯ ИМ. В.В. ВОЕВОДСКОГО СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
author_organization.ogrn: 1025403648445
author_organization.supervisor_name: АНДРЕЙ
author_organization.supervisor_surname: ОНИЩУК
author_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСАНДРОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения