供氧系统为紧急避险设施的核心系统之一,为提高供氧可靠性和独立性,常采用多级供氧方式。本文围绕超氧化钾供氧技术,基于井下避险实际情况,分别对其自然对流和强迫对流两种应用方式的产氧特性,以及应用过程中避险空间内的空气对流行为特征开展实验和模拟研究,具体如下:基于自制反应箱静态吸附实验,通过调节控制反应箱内初始环境温度、湿度和二氧化碳浓度,对板状超氧化钾在自然对流条件下的空气再生特性进行研究,分析了反应过程中外扩散、内扩散和界面反应阻力的变化情况,推导了静态条件下超氧化钾氧板产氧过程和二氧化碳吸收过程的反应动力学模型;得出了不同使用环境条件下平均产氧速率、二氧化碳吸收速率、系统再生系数和产热量,为合理确定药剂用量提供了实验依据和基础。通过在模拟救生舱中开展强制对流循环实验,研究了药剂类型、反应器空速、环境湿度、温度等不同反应条件下反应床层产氧性能变化规律,研究表明,产氧性能优劣与绝对含湿量相关性更大,湿度越高,药剂层越容易出现膨胀和糊化现象,改变了原有的床层孔隙结构,增大了扩散阻力,从而影响了床层整体产氧性能。以氢氧化钙为添加剂,通过实验确定了既定驱动力条件下的最佳添加比,对填充床层进行了优化。基于实验测试结果,结合CFD模拟技术对氧板引起的避险空间内自然对流行为、空气再生装置强迫对流循环条件下避险空间内氧气运移特征进行了研究,提出了合理的井下紧急避险空间化学氧供氧技术应用方案:自然对流条件较优布置方案为氧板分三层沿硐室长度方向垂直悬挂,垂直向边长占比为0.54;强迫对流条件下较优布置方案为空气再生装置与蓄冰空调射流同向吹出,射流角度采用仰角10°。本文研究为超氧化钾供氧技术在井下紧急避险空间的合理应用提供科学依据,对进一步提高供氧系统可靠性和独立性具有重要意义。