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全氟己酮抑制航空煤油燃烧实验及化学动力学研究
航空煤油凭借其燃点较高、燃烧热值高的特点，成为飞机使用的主要燃料，但航空煤油也是燃油泄漏火灾事故中的重大危险源[1]，引发航空煤油火灾爆炸会造成巨大的破坏力。因而，科学合理地开展航空煤油燃烧抑制研究，从现象及本质上探究新型清洁高效灭火剂对航空煤油燃烧的作用机制显得尤为重要。
就目前来讲，细水雾灭火和气体灭火技术在油料火灾防控中应用较为广泛，气体灭火剂中的卤代烃灭火剂因其兼具物理抑制作用和化学抑制作用、灭火效率高、不导电且清洁无残留的优点受到学者们的重点关注。全氟己酮（C6F12O）作为氟化酮，代表了新的一类氟代烃哈龙替代物，其初始分解温度低于且分解速度快于三氟甲烷、五氟乙烷、六氟丙烷、七氟丙烷等氟代烃，很好地克服了一般氟代烃灭火剂不易分解的缺点，有望成为能长期替代哈龙的含氟灭火剂[2-3]。卤代烃灭火剂灭火性能的测试通常是采用已经被各个国家和国际标准化组织认可的杯式燃烧器（cup burner）进行的[4-5]，常选用的燃料有甲烷、丙烷、正庚烷、乙醇等[6-9]。陈涛等和梁天水等开展了对全氟己酮灭火性能的研究，得到了熄灭丙烷[10]、正庚烷[11]、乙醇[12]、RP-3航空煤油[13]的临界浓度（体积分数，下同）分别为5.8%、4.6%、5.6%、4.7%。为了更加深入地理解卤代烃灭火剂对燃烧的作用，以Linteris[14]为代表的众多学者对多种卤代烃对火焰的抑制/增强机理开展了研究，通过三氟甲烷抑制CO-Ar-O2-H2预混火焰研究表明灭火剂主要通过与O、H、OH自由基反应，降低自由基浓度和链分支速率来抑制火焰；CHF3+H
本文对杯式燃烧器进行了改进，并开展全氟己酮抑制RP-3航空煤油燃烧实验研究，测试不同全氟己酮浓度下对火焰的作用效果，基于化学动力学构建全氟己酮抑制RP-3航空煤油燃烧的机理，分析全氟己酮在实验中呈现出的作用的原因。研究结果可为利用全氟己酮防控航空煤油火灾提供理论指导，为研制新型灭火剂提供参考。
1 实验部分
1.1 实验装置
目前，对灭火剂对火焰抑制有效性的检验方法有多种，其中利用杯式燃烧器测量气体灭火剂的熄火浓度是常见的方法之一。杯式燃烧器是一种同轴层流扩散燃烧装置，浮力作用对火焰影响较大，与常见的实际火灾一样属于浮力扩散火焰[19]，该燃烧器可以提供充足的空气使液体或气体燃料维持稳定持续的燃烧状态，气流对火焰的稳定性影响较小，灭火剂以一定比例预混在空气中，通过扩散、火焰卷吸等作用进入火焰进行灭火。实验中通常选用气体或乙醇、正庚烷等易于点燃的液体燃料，但本文选用的燃料为RP-3航空煤油，在常温常压下点燃较为困难，因此需要对杯式燃烧器加以改造。灯芯燃烧可获得较为稳定的扩散燃烧火焰，是研究含有多种成分液体燃料的燃烧及熄灭的有效方式[20-21]，本文选取该方式作为杯式燃烧器的燃烧方式，灯芯为可承受高达1000℃的高温且导油性能良好的玻璃纤维。
实验系统整体情况如图1所示，燃烧器四周由透明玻璃封闭，顶端为开口排出烟气，底部封闭、仅连接通入空气（含全氟己酮）的管路，全氟己酮由雷恩LINZ-8A型号注射泵定量注入后与空气混合，由水浴加热充分气化，水浴温度由温度控制器启停电热炉来控制，航空煤油盛装在带有灯芯管的容器中，该容器置于用于分散均匀空气流的多孔材料中，灯芯管高出多孔材料5 mm，实验中RP-3航空煤油燃烧的火焰由JVC的GC-P100BAC型号摄像机记录。
图1
图1 全氟己酮熄灭航空煤油系统总图
Fig.1 General experimental setup of extinguishing system of aviation kerosene flame by C6F12O
