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金属产品(如铝制品)切削、打磨和抛光等加工和表面处理过程中会形成大量废弃的粉尘,当悬浮的粉尘浓度达到爆炸极限范围时,一旦遇到点火源极易造成爆炸事故。近年来,利用固态抑爆剂抑制铝粉尘爆炸成为研究热点。前人多偏重研究抑爆剂对铝粉尘爆炸强度参数的影响,缺乏对铝粉尘爆炸火焰传播特性的影响研究,针对铝粉尘爆炸抑制反应动力学机理的研究尤为不足。本文搭建了铝粉尘爆炸抑制实验系统,以5 μm(由气相反应和表面反应共同控制的燃烧模式)和30 μm(以气相反应为主的燃烧模式)铝粉尘为研究对象,选取碳酸氢钠SBC(碱金属盐类)、ABC干粉(磷系抑爆剂)、三聚氰胺氰尿酸盐MCA(氮系阻燃剂)和三聚氰胺聚磷酸盐MPP(磷-氮协同阻燃剂)四种典型固态抑爆剂,系统研究了固态抑爆剂对铝粉尘爆炸超压和火焰的影响,并结合化学反应动力学模拟,揭示了固态抑爆剂对铝粉尘爆炸的抑制机理。主要工作和结论如下:(1)研究了固态抑爆剂种类和浓度对铝粉尘爆炸超压的影响。当 ABC、MCA和MPP浓度较低时,气相产物增加以及热解产物NH3燃烧放出的额外热量会导致压力上升;当抑爆剂浓度较高时,抑爆剂对铝粉尘爆炸反应的抑制作用会导致压力下降;而SBC对铝粉尘爆炸反应抑制引起的压力下降始终大于气相产物增加导致的压力上升。所以最大压力随ABC、MCA和MPP浓度的增加先上升后下降,随SBC浓度的增加逐渐下降。当铝粉尘燃烧以气相反应为主时,四种固态抑爆剂的临界抑爆浓度从低到高依次为:MCA<MPP<ABC<SBC;当铝粉尘燃烧由气相反应和表面反应共同控制时,四种固态抑爆剂的临界抑爆浓度从低到高依次为:ABC<MCA<MPP<SBC。(2)研究了固态抑爆剂对铝粉尘爆炸火焰传播特性的影响。固态抑爆剂能够抑制铝颗粒气相扩散火焰,使连续铝粉尘火焰前锋变得离散。随着固态抑爆剂浓度的增加,铝粉尘爆炸火焰传播速度和火焰温度显著降低,稳定传播的铝粉尘火焰开始出现振荡。(3)结合热特性分析和X射线光电子能谱(XPS)分析,确定了固态抑爆剂热解产物和爆炸产物的化学成分,进而基于铝粉尘燃烧气相反应机理和表面反应机理,构建了铝粉尘爆炸抑制反应动力学模型。该模型共包含93种气相组分和489步气相反应,以及19种表面组分和49步表面反应。(4)揭示了抑爆剂对铝粉尘爆炸的详细抑制机理。物理抑制方面,固态抑爆剂通过热解吸收铝粉尘爆炸放出的热量,磷/氮系抑爆剂可以包覆在铝颗粒表面阻碍铝粉尘燃烧;化学抑制方面,抑爆剂通过自由基捕获反应和抑制循环反应(如NaO(?)Na和HPO3(?)PO2)消耗火焰自由基,使铝气相燃烧链式反应中断。抑爆剂还可降低铝粉尘颗粒表面活性位Al(L)密度,抑制铝粉尘燃烧表面反应,并通过降低铝颗粒表面氧化剂的扩散速率,减慢表面反应速率。