SM-I新型生物质——煤双燃料气化炉设计研究

研究探讨了一种既可用秸杆又可用煤为燃料的双燃料家用经济型热裂解气化炉新技术，并对其设计原理和方法进行了研究及探讨。     

聚氯乙烯电缆料老化前后的火灾危险性研究

利用微型燃烧量热计（MCC）、热重分析（TGA）、实时红外光谱（RTFTIR）以及热重-红外联用技术（TG-FT-IR）研究了PVC电缆料老化前后火灾危险性的变化。MCC结果表明,老化后的PVC的最大热释放速率增加了56.3%,总热释放量从10.6kJ/g增加到16.8kJ/g,点燃温度也由302℃提前到282℃。TG-FTIR和RTFTIR的分析结果显示,PVC的主要降解产物有水、碳氢化合物、二氧化碳和一氧化碳。PVC达到最大降解速率的温度约为240℃,与MCC、TG的结果相符合。PVC的裂解气体中包含CO2和CO,还有剧毒气体HCl。这些实验数据说明PVC材料在使用过程中火灾危险性加大,为老城区电气线路和设备的改造提供了理论依据和实验基础。     

复合材料气瓶分层缺陷的红外检测热激励研究

复合材料气瓶红外检测热激励方法主要分为气瓶外部热激励和气瓶内部热激励两种,为了研究适合复合材料气瓶分层缺陷的热激励方法,本文利用COMSOL Multiphysics有限元软件对不同热激励方法下的复合材料气瓶分层缺陷红外检测进行模拟分析,并构建红外检测热激励实验平台,对模拟结果进行热激励实验验证。研究了气瓶外部光激励和气瓶内部热水激励两种热激励方法对复合材料气瓶分层缺陷红外检测效果的影响。结果表明,气瓶外部光激励存在着加热不均匀现象如局部亮斑,且金属的传热较快,检测效果一般;气瓶内部热水激励加热较为均匀未出现亮斑,检测效果良好,更适合复合材料气瓶分层缺陷的红外检测。     

聚氯乙烯塑料加工中产生的有害物质及防护

为了了解进行聚氯乙烯塑料加工时对人体产生的危害,进而研究防护措施,我们北京市卫生防疫站等单位,分别对北京市五家不同类型的这个行业的加工厂进行了调查研究,并给工人作了健康检查。我们首先设计了可模拟加工的裂解色谱,用裂解色谱──质谱法测得加工温度下热解气中的成分。     

水成膜泡沫灭火剂成分分析及热解产物污染特性研究

水成膜泡沫灭火时，部分气液污染物将进入环境，因此全面研究其污染特性具有现实意义。首先，采用元素分析、红外光谱和液相色谱/质谱联用方法对水成膜泡沫原液成分开展分析。结果显示，该原液含有多种存在潜在风险的危害物质，使用后会渗入环境中。其次，对原液热解气体开展定性定量分析。结果显示，当温度低于400℃时，原液热裂解仅释放CO,且质量浓度较低；温度高于400℃时，会释放CO、SO₂、NO、HF等气体，其中600℃时这些气体质量浓度的峰值远超《环境空气质量标准》规定的阈值。此外，有机气体产物中除挥发性有机物外，还包含多种全氟烷基化合物。由此推断，不同温度下，氟碳表面活性剂受热分解具有两种路径，即低温下尾部自由基脱离和高温下全氟链断裂。     

矿井热宽温度环境人体热健康分区热调节模型*

为评价矿井热环境中工人职业健康安全状况，提出矿井热宽温度环境人体热健康状态的基本特征与生理要求，分析热宽温度环境人体分区热调节规律与热健康状态的对应关系。基于生物控制论的观点，提出热宽温度范围内不同热应力作用下人体分区热调节机制，建立人体分区热调节模型。结果表明:模型能实现对环境热应力作用下人体物理热平衡状态与生理状态的参数化描述，揭示多因素作用下人体热健康状态的热应力边界与变化规律。分区热调节模型提供了人体热健康状态定量模拟平台，通过参数调整可使模型适应研究需求，模型为井下热环境工人职业健康安全状况分析与评价提供了可参考的思路与方法。     

两种有机锌络合物处理棉花的霉变及热解行为研究

棉花是纺织业的重要原料,是人民群众生活不可或缺的必需品,同时也是我国进出口重要的商品。研究如何安全有效地进行棉花的储备具有十分重要的现实意义。棉纤维本身含有脂肪、蜡质和果胶等适合微生物生长繁殖的营养物质。在棉花储备中,高的回潮率会加速微生物的繁殖,进而产生热量。热量的累积会引起温度升高以及棉花霉变,不利于棉花的安全有效储存。因此,通过静电吸附法将安全无毒的有机锌络合物附着在棉纤维表面,研究表明,相同条件下,处理棉的霉变状况明显得到抑制。加速发霉条件下,未处理棉的相对于白纸的平均色差值为28.10,而双乙酸锌以及苯甲酸锌防霉处理棉的色差值分别为5.16和5.86,下降了81.6%和79.1%。自然发霉条件下,双乙酸锌以及苯甲酸锌防霉处理棉的色差值分别下降了53.8%和50.7%。同时研究了纯棉以及处理棉氮气下的热分解动力学,相比于未处理棉,双乙酸锌防霉处理后活化能下降了15.8%,而苯甲酸锌防霉处理后活化能下降了10.9%。此外,利用实时红外和热重红外联用技术得到了样品在热解过程中固相以及气相的裂解产物的红外谱图,发现防霉处理能一定程度上抑制棉花热解。     

辐射对流散热下大尺寸三元锂电池热模型

为精准界定热失控发展过程中锂电池热聚集特征，采用理论和试验相结合的方法，研究热滥用引发的大尺寸三元锂电池热模型。首先，依据能量守恒定律，明确电池热模型中的加热片产热量Q_e、化学反应产热量Q_f、电能释放产热量Q_j和环境散热量Q_d这4个热量参数，进而基于物理热量计算公式(Q=CMΔθ)和集总参数法，构建大尺寸三元锂电池由热滥用引发的热模型；其次，对模型参数获取进行理论分析，研究4个热量参数对电池热累积变化的重要度；最后，结合试验数据，将研究区间以点(t_i,θ_i)进行分区，确定表面传热系数h的值，进一步验证辐射对流散热下热失控锂电池热模型。结果表明：总产热量Q_w为12.88×10⁵ J,总散热量Q_d为6.60×10⁵ J,其中，辐射散热量为2.91×10⁵ J,对流散热量为3.69×10⁵ J,利用热模型计算出的热量理论预测热失控峰...     

森林地下火探测仪的研制

FHD型森林地下火探测仪为最新研制的一种光机电一体化的便携式探测设备,采用红外探测技术原理,借助红外焦平面成像器件、可见光摄像器件采集目标图像,利用图像处理技术完成对目标视频图像的获取、显示、温度分析处理及存储过程。它集成了红外与可见光两种模式,两种模型的简单切换有利于辨识目标并可对热像的中心区域进行测温显示。该设备操作界面简单快捷,图片存储方便、容量大,可用于户外多热源连续监测作业。     

甘蔗渣纳晶纤维素酸法制备工艺的响应面法优化

为了获得甘蔗渣纳晶纤维素酸法制备的最佳工艺条件,基于Box-Behnken试验设计,选取硫酸质量分数、水解时间和水解温度为主要影响因素,采用响应面分析法优化了甘蔗渣纳晶纤维素酸水解制备工艺参数,并建立了二次多项式回归模型.方差分析表明,回归模型较好地反映了纳晶纤维素得率与硫酸质量分数、水解时间、水解温度的关系.甘蔗渣纳晶纤维素最佳的酸水解制备工艺条件为:硫酸质量分数56％,水解时间180 min,水解温度38℃.该条件下纳晶纤维素的得率达到52.93％.酸法制备工艺的响应面优化试验显著提高了甘蔗渣纳晶纤维素的得率,降低了纳晶纤维素的制备成本.     

Determination of heterogeneous reaction mechanisms: A key milestone in dust explosion modelling

Reaction kinetics is fundamental for modelling the thermal oxidation of a solid phase, in processes such as dust explosions, combustion or gasification. The methodology followed in this study consists in i) the experimental identification of the reaction mechanisms involved in the explosion of organic powders, ii) the proposal of simplified mechanisms of pyrolysis and oxidation, iii) the implementation of the model to assess the explosion severity of organic dusts. Flash pyrolysis and combustion experiments were carried out on starch (22 μm) and cellulose (53 μm) at temperatures ranging from 973 K to 1173 K. The gases generated were collected and analyzed by gas chromatography. In this paper, a semi-global pyrolysis model was developed for reactive systems with low Damköhler number. It is in good agreement with the experimental data and shows that both carbon monoxide and hydrogen are mainly generated during the pyrolysis of the solid, the generation of the latter compound being greatly promoted at high temperature. A simplified combustion model was also proposed by adding two oxidation reactions of the pyrolysis products. In parallel, flame propagation tests were performed in a semi open tube in order to assess the burning velocity of such compounds. The laminar burning velocity of cellulose was determined to be 21 cm s⁻¹. Finally, this model will be integrated to a predictive model of dust explosions and its validation will be based on experimental data obtained using the 20 L explosion sphere. The explosion severity of cellulose was determined and will be used to develop and adjust the predictive model.     

Making hybrid mixture explosions a common case

Explosions of gas-dust hybrid mixtures have long been considered as particular cases encountered in specific industrial contexts. However, it should be reminded that during the explosion of an organic powder, the presence of a hybrid mixture composed of the dust itself and its pyrolysis gases is compulsory. On these premises, an experimental study to determine the role of cellulose pyrolysis products (gaseous, condensable and solid) on the global phenomenon is presented. Hybrid mixture explosion tests were exploited to carry out the investigation. The G-G furnace and the 20 L sphere were employed. Several experimental strategies were chosen to demonstrate the impact of pyrolysis reaction on the explosion of organic powders: i) the fuel equivalence ratio of the reactive mixture (case 1), or ii) the mass of reactants (case 2) were respectively kept constant, iii) the effects of water vapor, char and tar were tested. They were next compared to identify the most suitable one. The two first experimental approaches lead to significantly different results: only case 2 keeps the maximum explosion pressure almost constant, but maximum rate of pressure rises and deflagration index greatly decrease when the pyrolysis gases concentration decreases, which highlights the importance of the pyrolysis reaction on the explosion kinetics. It should also be stressed that the maximum explosion severity is not obtained for the pure gases but when a small dust content is added. The same evolution is observed when a small amount of char is introduced to pyrolysis gases, which underlines the influence of the radiative transfer. Adding small amounts of tar to cellulose tends to increase its explosion severity. However, this impact is less than that generated by the addition of pyrolysis gases.     

Thermo-kinetic modelling of dust explosions

The guidelines for protection and mitigation against hazard coming from dust explosion require the knowledge and then the evaluation either experimentally or theoretically of the thermo-kinetic parameters (i.e. K_St, P_max). We developed a numerical tool for the evaluation of the thermo-kinetic parameters of dust explosion. This model is based on the simulations of the combustion reaction by means of a detailed reaction mechanism assuming that the pyrolysis/devolatilization step is very fast and then gas combustion is controlling dust explosion. The model allows then the determination of the most conservative values of K_St, S_l, P_max. In the present paper we calculated the deflagration index and the laminar burning velocity for dusts utilized in various process industries (i.e. cornstarch, polyethylene, cellulose) as function of dust concentration. The obtained data were successfully compared with the available experimental results.     

转锥式闪速热解反应器结构安全性设计理论研究

本文对转锥式热解反应器结构安全性设计理论进行了初步的探讨 ,主要是对热解装置工作影响较大的两个问题 :高热负荷条件下转锥强度的计算和转轴的临界转速问题进行了研究。     

阻燃与未阻燃装饰装修木材在不同氧浓度下的热分析

利用热重分析仪对常见木质装饰装修材料白杨、白桦、红松以及这三种材料的阻燃品,在不同氧浓度条件下进行了热重分析(TGA)实验,通过对失重(TG)曲线、失重速率(DTG)曲线的分析,深入探讨了氧气体积分数对样品热解过程的影响.结果表明:对三种天然木材样品而言,氧浓度增大,样品的TG曲线左移.氧浓度对阻燃样品热解失重曲线的影响较小.热解过程用简单的动力学模型进行了模拟,确定了热解主反应段的动力学参数、表观活化能和频率因子,得到了各阶段的动力学方程.     

景区典型树种的热解特性及动力学研究

为了研究山林或景区中不同植物的热稳定性,选取了景区种植数量较多的6种典型树种:女贞、枇杷、竹子、松树、柏树和法桐的枝干和叶作为样品。借助同步热分析仪,在温升速率20℃/min的条件下,对未经干燥处理的样品进行热解特性及热解反应动力学研究。通过TG、DTG以及DSC曲线分析各样品的热解过程,并采用分阶段一级反应动力学模型Coats-Redfern法求得相应参数。研究结果表明:所取样品的热解过程都出现4个明显的热解阶段,即脱水阶段、综纤维素热解阶段、木质素热分解阶段、炭化阶段。根据6个树种的主要热解阶段和动力学分析,6种树种的热稳定性从低到高顺序依次为竹子、女贞、枇杷、法桐、柏树、松树。     

自然扩散条件下阴然向有焰火转化的数理模型

建立了一维自然扩散条件下阴燃传播和向有焰火转化的积分模型。材料阴燃的化学反应采用两步反应模型：无氧热解反应和有氧热解反应。前者是吸热反应,释放可燃气体,后者是放热反应,提供阴燃所需的能量。气相反应速率取决于可燃气体的浓度、氧气的浓度以及温度,一旦条件达到合适点,将出现有焰火。文中给出了自然扩散条件下阴然稳定传播时的速度,和能够出现有焰火所需务件的数学表达式,并与相关实验结果进行了对比。     

火蔓延及发展过程的计算机模拟

本文对火蔓延及发展过程进行了计算机模拟,建立了描述火焰在不结焦可燃物垂直表面向上蔓延过程的数学物理模型,其中考虑了有关的四个分过程,即(1)可燃物未燃部分的预热;(2)火蔓延或热解区前沿的确定;(3)可燃物的热解以及(4)挥发份燃烧放热。在分别建立描述这些分过程模型的基础上,构成了体现几何尺寸和其它有关因素影响的总括模型,其结果与PMMA竖板上的实验结果进行了对比。     

外界热辐射作用下木材热解和着火的预测模型

在突发的火灾过程中，可燃性固体材料的着火时间和热解特性是非常关键的参数。建立了预测木材在外界热辐射作用下热解和着火时间的数值模型，可以给出固体的质量损失速率、内部温度场随时间的变化，并根据模型计算得到的表面温度随时间的变化对着火时间进行预测。计算结果和实验测量值相符较好。     

树冠火蔓延模型和数值分析

本文计及森林多孔性燃烧床含水量和有机物含量，以及渗流气体的受热膨胀和质量源，建立了树冠火蔓延的一维物理模型，给出火蔓延的控制方程组和定解条件。通过数值分析，得到树冠火蔓延速度特性曲线，研究水份蒸发和有机物热解对树冠火蔓延速度的影响。