常重力细水雾添加剂效能评估方法

高效细水雾添加剂的研制需要准确、快捷、低成本的灭火效能评估方法。利用二维对冲火焰构型研究了筛选细水雾化学添加剂的方法。在燃料流量4.5 L/min下,利用包裹火向尾流火的转变点作为灭火剂效能评估的参考依据可以减少火焰对壁面的热损,突出添加剂的化学抑制作用。试验装置燃烧腔入口速度均一,湍流度小于2%,不同添加剂及灭火溶液浓度对燃烧腔入口水雾粒径分布的影响较小。在高应变率下,化学添加剂的化学作用是影响火焰熄灭的主要因素。利用本方法对4种无机添加剂进行了筛选,结果表明,火焰临界熄灭点数据波动小、精度高,4种化学添加剂对甲烷二维对冲扩散火焰的抑制作用从高到低依次为KCl、K_3PO_4、NH_4H_2PO_4、FeSO_4,其中FeSO_4对火焰有助燃作用。     

低压含KCl细水雾抑制船舶油池火特性试验研究

为探究低压含氯化钾(KCl)细水雾抑制庚烷油池火的有效性,基于1. 5 m×1. 5 m×1. 0 m封闭舱室平台,开展不同KCl质量分数(5%、10%、15%、20%)的低压细水雾(0. 2～0. 6 MPa)抑制庚烷油池火焰特性试验,分析不同KCl质量分数、不同喷射压力下庚烷质量损失速率及火焰高度的变化。结果表明:低压纯水细水雾可强化油池火焰燃烧,含KCl添加剂低压细水雾能有效抑制油料火的发展,其中0. 6 MPa压力下20%质量分数KCl溶液灭火效果最好。KCl溶液质量分数的增加,可降低庚烷平均质量损失速率,使火焰高度整体下降;喷嘴压力的升高,同样可降低燃油平均质量损失速率,缩短火焰波动时间,使燃烧提前进入衰减阶段。     

湍流射流C3H8/H2/air扩散火焰中的局部熄火和再燃现象

C3H8是液化石油气的主要成分之一,对其湍流燃烧特性的研究对火灾消防等行业具有十分重要的意义。建立了一维湍流模型(ODT)的大规模计算平台并研究在固定雷诺数Re=9800的情况下,丙烷非预混湍流射流火焰中的局部熄火和再燃现象。丙烷火焰的模拟结果显示局部熄火现象主要发生在近场区域。火焰主要自由基OH、O及主要燃烧产物在局部熄火区域都迅速减少,随着之后再燃的发生,这些组分也开始逐渐增多。但是从这些组分增加的量可以看出,丙烷火焰的再燃过程相对比较慢并且没有达到完全再燃。     

甲烷射流扩散火焰结构试验研究

利用不同口径、不同流量的甲烷射流扩散火试验研究了射流扩散火焰结构特征,得到了射流火从层流燃烧到湍流燃烧再到吹熄的一般规律.结果表明,不同口径射流火在层流扩散燃烧与湍流扩散燃烧时火焰高度的变化各有不同.火焰最大高度出现在湍流扩散燃烧阶段.某些工况下燃烧出现脉动火焰现象,此时的火焰高度较小.     

含添加剂细水雾熄灭煤层钻孔瓦斯火的有效性

在瓦斯抽放钻孔的钻进过程中,由于钻头、钻杆与周围煤壁的摩擦升温,会发生瓦斯火灾.为了预防与控制煤矿瓦斯燃烧火灾,采用细水雾灭火技术和自制的钻孔瓦斯火试验系统,在0.4 MPa、0.6 MPa和0.8 MPa下,选择5种配方的含添加剂细水雾,对瓦斯抽放钻孔火灾进行了灭火有效性研究,主要考察了施加细水雾前后瓦斯火焰温度、燃烧强度和灭火时间的变化.结果表明,在清水中添加化学添加剂后,使细水雾熄灭瓦斯火的有效性大大提高,在0.4 MPa下,清水细水雾不能熄灭的钻孔瓦斯火灾,使用添加剂2、3、4、5后,可以在32.4～70.3 s的时间内熄灭.升高压力,细水雾对瓦斯火的熄灭有效性提高,当压力为0.6～0.8 MPa时,含添加剂5的细水雾熄灭瓦斯火的时间比清水细水雾缩短76.1%～88.6%.在实际应用中,使用低压细水雾灭火系统,并选择合适的灭火添加剂配方,可有效防治钻孔瓦斯火灾.     

变压器油池火燃烧规律的实验研究*

为对变压器油池火灾进行准确有效的灭火，研究不同尺寸和不同厚度下变压器油的火灾动力学特征和基本燃烧特性，具体分析变压器油的燃烧过程和变压器油燃烧速率、火焰温度以及辐射热流随油池直径以及厚度的变化规律。结果表明:整个油品的燃烧过程分为预热燃烧阶段、稳定燃烧阶段和火焰熄灭阶段。对于厚度大于10 mm的油池燃烧，稳定阶段的燃烧速率与油层厚度无关，稳定阶段的燃烧速率随着油池直径的增加而增加。同时，变压器油火灾连续火焰区温度接近750 ℃。对于稳定燃烧阶段下的变压器油燃烧，基于辐射通量可得出在燃烧过程中，辐射热量占总燃烧热的占比约为1/3。研究结果可丰富变压器油燃烧的基础数据，为变压器火灾的灭火提供参考。     

氧化铁粒径对固体推进剂火焰特征参数影响的试验研究

针对5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂在实际应用中存在的推进剂火焰偏大、容易在灭火装置喷口处形成外喷火焰的问题,选用了微米氧化铁和纳米氧化铁作为催化剂,分别从火焰形态、质量损失速率、热释放速率、无量纲火焰高度模型几个角度开展研究,对比了两种不同粒径的氧化铁对5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂燃烧火焰的优化效果。根据燃烧试验结果,发现不论是富氧燃烧还是贫氧燃烧,在降低推进剂燃烧时的火焰高度方面,微米氧化铁均明显优于纳米氧化铁;在提高质量损失速率方面,微米氧化铁的加速效果也要优于纳米氧化铁。基于传统的液态燃料油池火发展的火焰高度预测模型,将无量纲火焰高度与热释放速率的分析关系应用到固体推进剂燃烧领域,考虑使用无量纲火焰高度的分析方法,对固体推进剂燃烧过程中的火焰高度进行预测,建立了5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂的无量纲火焰高度模型,发现不含氧化铁和含有氧化铁的5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂燃烧时的火焰高度与热释放速率的n次方成正比,该无量纲拟合可以对固体推进剂火焰高度进行预测。最终,得出了微米氧化铁比纳米氧化铁更适合作为催化剂被用于5-氨基四氮唑/硝酸锶推进剂中,有利于提高固体推进式灭火装置的灭火效果。     

CO_2分析在含化学添加剂的细水雾灭火研究中的应用探讨

通过实验和计算证明CO2浓度分析是评价含添加剂细水雾灭火有效性的简单而有效方法。采用燃烧分析仪测定细水雾灭火实验过程中的CO2浓度,比较含不同添加剂细水雾和纯水细水雾在同一实验控制条件下的CO2浓度变化规律,利用CO2浓度变化规律判断含添加剂细水雾灭火的效率。根据上述规律,可从两方面比较细水雾的灭火效率:一是CO2的最高浓度。CO2达到的最大浓度小,则燃烧过程中的热释速率小或灭火时间短,说明细水雾抑制燃烧的效果较好。二是施加细水雾后CO2浓度变化率。CO2浓度变化率小,燃烧过程中的热释速率就小,说明细水雾抑制燃烧的效果较好。     

障碍物场中预混燃烧火焰的数值模拟

利用k-ε湍流模型和拉切滑(SCASM)预混燃烧模型,对障碍物场中预混燃烧火焰进行了三维空间数值模拟。通过对控制方程添加不同的源项以反映障碍物对流场的影响,采用交错网格控制容积法将计算区域进行离散,用SIMPLE算法求解离散控制方程。模拟结果表明,障碍物的存在改变了燃烧流场的结构,成为加速燃烧甚至诱导爆炸过程的不稳定因素。该研究结果对有效预测障碍物场中火焰走势及其流场的分布情况,加强人们对火焰传播规律的认识,对预防工业灾害有重要参考价值。     

惰性气体结合细水雾抑制锂离子电池燃烧试验研究

为研究锂离子电池热失控过程中的相关特性,在细水雾基础上加入惰性气体进行抑制锂离子电池火灾试验。选取荷电状态为0%、50%、100%的磷酸铁锂电池分别在空气、N_2、CO_2气体环境中研究热失控特性;在热失控研究基础上,利用细水雾喷射装置开展锂离子电池热失控灭火试验,对比分析锂离子电池热失控爆发时间、温度变化、灭火时间等参数。结果表明:锂离子电池热失控经历鼓包破阀、初期喷火、稳定燃烧、火焰衰减、火焰熄灭、火焰复燃阶段; N_2、CO_2均能降低锂离子电池燃烧温度,减弱爆炸强度,CO_2与纯水细水雾抑制锂离子电池燃烧效果优于N_2与纯水细水雾,证明惰性气体与细水雾对锂离子电池火灾的协同抑制作用。     

丙烷扩散火焰燃烧光谱特性研究*

为实现烃类火灾事故的光谱辨识,对丙烷火焰燃烧初期过程中的光谱特性进行实验研究,利用拉曼光谱仪等设备采集、提取丙烷扩散火焰光谱数据。分析燃烧初期OH*,C2*,CH*,H2O分子谱带范围及特征峰值分布特性,揭示谱带光谱特征强弱的主要原因,阐述沿火焰轴向与径向C2*,CH*以及H2O分子光谱峰值强度的分布特性。研究结果表明:丙烷火焰特征光谱主要分布在可见光与近红外波段,250~380 nm的近紫外波段光谱强度较弱。C2*的509.4,512.8,810.5 nm特征谱带,CH*的431.4 nm谱带以及H2O分子的586.2,652.2 nm处振动-转动谱带可作为丙烷火焰燃烧的关键特征光谱,为烃类火灾的早期识别与防控提供光谱实验依据。     

水蒸气对层流甲烷/空气扩散火焰中烟黑生成的影响

空气中水的存在会严重影响烷烃类扩散火焰中烟黑的生成,研究氧化剂流中水对烷烃类火焰的影响,对污染物控制及火灾扑救具有重要意义。模拟采用24步简化机理的有限速率化学反应模型、Moss-Brookes烟黑模型及Discrete Ordinates(DO)辐射模型,研究在空气中加入水对甲烷/空气层流伴流扩散火焰的影响,其中烟黑模型包括烟黑的成核、表面增长和氧化。结果表明,伴流空气中的水蒸气会降低火焰的温度、抑制烟黑的生成。这是因为:一方面,水蒸气降低了甲烷燃烧的温度,火焰温度的降低导致化学反应速率减慢,烟黑成核和表面生长速率随之降低,火焰中烟黑质量分数便减少;另一方面,由于水蒸气的加入使化学反应OH+H_2 H+H_2O(R(15))逆向反应加速,继而导致OH生成量增加。但由于氧气浓度降低使火焰体积增大,OH的浓度降低。从而导致烟黑的氧化速率降低,烟黑生成量增加。由于水蒸气的化学效应小于其温度效应,总体上烟黑质量分数降低。最后对比了模拟结果和试验结果。     

炼油设备高温H_2S腐蚀产物自燃倾向及影响因素

利用自制的硫化氧化反应装置,研究了Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)3高温H2S腐蚀产物的自热性质,并采用扫描电镜分析了腐蚀产物的表面成分与形态.以Fe2O3腐蚀产物为例,研究了空气流量、环境温度及含水量对硫铁化合物自热性质的影响.结果表明,在环境温度40 ℃、空气流量300 mL/min条件下,3种腐蚀产物的自热性由强至弱顺序为Fe(OH)3、Fe2O3、Fe3O4;空气流量、环境温度的提高均会增强硫铁化合物的自热性;含水量低于10%会促进硫铁化合物的氧化反应,水质量分数达到60%氧化反应基本被抑制.     

湍流模型和壁面函数对有障碍半开口空间氢气燃烧模拟的影响

为了进一步验证有障碍半开口空间内氢气燃烧数值模拟的准确性，使用对比验证的方法对FLUENT软件湍流模型和壁面函数数值模拟结果的准确性进行了研究。研究结果表明:可实现k-ε湍流模型和非平衡壁面函数使燃烧压力和火焰形状与实验结果相比偏差较大，RNG k-ε湍流模型和可伸缩壁面函数可更准确地预测燃烧压力变化及火焰传播行为。     

三种常用外墙可燃保温材料竖向燃烧特性数值模拟研究

运用FDS软件对外墙保温材料竖向燃烧的发展规律进行了研究.根据具体的工程参数,对挤塑聚苯板、模塑聚苯板和聚氨酯三种常用外墙可燃保温材料的燃烧参数进行设定,分别选取窗口火、墙角火两种情况进行数值模拟与分析.模拟结果显示:火焰的蔓延高度随时间按照y=at2+bt+c的关系变化,而火焰前锋则以vp=1/(α+βt)的速度竖向蔓延.     

油品储罐H_2S对铁锈腐蚀产物自燃性研究

为了分析有氧条件下H2S对铁锈腐蚀产物的自燃性,模拟含硫油品储罐中铁锈(Fe2O3:75%;Fe(OH)3:7%;Fe3O4:18%)在有氧条件下与H2S气体的反应试验。将铁锈与H2S气体、O2按不同比例混合形成的混合物进行反应,再进行所得产物的氧化反应。采用X射线衍射分析法鉴定混合气体与铁锈的反应产物,并研究不同初始O2体积分数下的混合气体与铁锈的反应及其产物的再氧化反应,通过温度变化评价铁锈与H2S气体反应产物的自燃性。结果表明,在有氧条件下,H2S对铁锈腐蚀产物主要是FeS;随着初始O2体积分数的增加,铁锈与H2S的反应伴随其产物的氧化反应,HS对铁锈腐蚀产物的量减小,这种产物再氧化自燃性降低。     

外立面作用下水平湍流浮力射流火焰的附壁研究

用防火板模拟建筑外立面,设计了可控流速和开口尺寸的气体燃烧器产生水平湍流浮力射流火焰,系统研究了外立面抑制火焰卷吸所导致的水平湍流浮力射流火焰附壁规律。将火焰流场演变分为两个阶段:(1)出口到流场水平动量衰减为零(等价点)的阶段;(2)火焰附壁或不附壁的阶段。其中,火焰附壁与否很大程度上取决于等价点到出口的水平距离LE。通过分析,我们发现雷诺应力是导致流场水平动量衰减和火焰附壁的主要原因。由此,我们基于普朗特混合长度理论推导了雷诺应力的近似表达式并结合动量控制方程,获得了LE与修正弗洛德数Fr*的线性关系,从理论上解释了出口宽高比n(n=B/H,B是开口宽度;H是开口高度)越大,火焰越容易附壁的现象,并确定了不同开口及流速条件下,火焰附壁的临界条件。     

Inerting characteristics of ultrafine Mg(OH)2 on starch dust explosion flame propagation

Experiments on the flame propagation of starch dust explosion with the participation of ultrafine Mg(OH)₂ in a vertical duct were conducted to reveal the inerting evolution of explosion processes. Combining the dynamic behaviors of flame propagation, the formation law of gaseous combustion products, and the heat dissipation features of solid inert particles, the inerting mechanism of explosion flame propagation is discussed. Results indicate that the ultrafine of Mg(OH)₂ powders can cause the agglomeration of suspended dust clouds, which makes the flame combustion reaction zone fragmented and forms multiple small flame regions. The flame reaction zone presents non-homogeneous insufficient combustion, which leads to the obstruction of the explosion flame propagation process and the obvious pulsation propagation phenomenon. As the proportion of ultrafine Mg(OH)₂ increases, flame speed, flame luminescence intensity, flame temperature and deflagration pressure all show different degrees of inerting behavior. The addition of ultrafine Mg(OH)₂ not only causes partial inerting on the explosion flame, but also the heat dissipation of solid inert particles affects the acceleration of its propagation. The explosion flame propagation is inhibited by the synergistic effect of inert gas-solid phase, which attenuates the risk of starch explosion. The gas-solid synergistic inerting mechanism of starch explosion flame propagation by ultrafine Mg(OH)₂ is further revealed.     

煤炭自燃指标性气体确定的实验研究

矿井火灾是矿井五大灾害之一,煤炭自燃则是矿井火灾最主要的起因。为了了解煤炭氧化、自燃规律,本文采用TG-DSC技术研究了不同煤种在水分蒸发、吸氧增重、受热分解及燃烧等不同氧化阶段的氧化特征值;并采用TG-DSC-GC联用技术研究了不同煤种在整个氧化阶段的气体产物生成规律及其特征。在煤的低温氧化阶段,找出了CO等可作为判别煤自燃的指标性气体及C2H4等辅助指标性气体;并得出了各煤种氧化阶段的耗氧规律。