[发明专利]基于多阶段热分析动力学模型预测沥青燃烧过程的方法

摘要

本发明是一种基于多阶段热分析动力学模型的沥青燃烧过程预测新方法，属于防灾减灾工程技术领域，解决沥青材料燃烧过程预测模型不准确、缺乏科学理论依据的问题。先采用热重分析仪对沥青试样进行试验，获取TG-DTG曲线，以高斯峰值分离法确定沥青燃烧各阶段所对应的温度区间；再对各阶段分别进行燃烧机理函数优化识别，确定各燃烧阶段的反应机理函数和转化率函数，求得各阶段反应动力学参数，依次分别建立各阶段沥青燃烧模型；最后，把各反应阶段看作连续反应过程，根据各组分之间转化率和质量百分比之间的依次转化关系，推导整个燃烧过程反应动力学方程，用于预测沥青燃烧反应整个过程。本发明为揭示沥青燃烧机理和阻燃技术研究奠定基础。

主权项

1.本发明提供一种基于多阶段热分析动力学模型的沥青燃烧过程预测的新方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)取10mg沥青试样，采用热重分析仪对沥青进行热重试验，升温速率为10℃／min，将氮气和氧气按79：21体积比混合气体作为试验气氛，自室温升至750℃，获取TG、DTG等试验数据，并定性了解沥青燃烧性能；(2)以DTG曲线上两失重峰之间绝对值极小点作为沥青燃烧各阶段临界点，确定沥青燃烧各阶段所对应的温度区间，分析油分、胶质、沥青质对沥青整体质量损失的贡献；(3)计算沥青燃烧过程不同温度区间内沥青各组分的热分解转化率式中：i=1、2、3，分别代表油分、胶质、沥青质，且有m_0油分=n₁m₀，m_0胶质=n₂m₀+m_∞油分，m_0沥青质=n₃m₀+m_∞胶质，n₁、n₂、n₃分别代表沥青中的油分、胶质、沥青质的质量百分比；m₀为起始质量，m为任意T(t)时刻的质量，m8为最终质量；(4)对各阶段分别进行燃烧机理函数优化识别，确定各燃烧阶段的反应机理函数和转化率函数，利用TG、DTG曲线和阿伦尼乌斯(Arrhenius)方程求得沥青燃烧各阶段动力学参数，即活化能(E)和指前因子(A)；(5)把求得的动力学参数代入转化率函数，分别依次建立各阶段沥青燃烧模型，在不同升温速率条件下利用该模型计算结果，可以获得沥青燃烧各阶段的TG-DTG曲线，对沥青燃烧过程各阶段进行了预测；(6)把三个主要反应阶段看作三阶段连续反应过程，根据各组分间依次转化关系，即m_0油分=n₁m₀，m_0胶质=n₂m₀+m_∞油分，m_0沥青质=n₃m₀+m_∞胶质，可得整个燃烧过程反应动力学方程：式中：αi=1-exp(-Aiβ∫TiTe-Ei/RTdT),]]>从而预测沥青燃烧反应整个过程。