热爆炸研究的主题聚类、趋势与影响

为全面认识国际热爆炸研究的主题聚类、趋势与影响,使用科技文本挖掘工具VOSviewer对科睿唯安SCI数据库中的1 415篇热爆炸研究论文进行了分析。结果表明:国际热爆炸研究的热点主要分布在燃烧合成、分解、点火、晶体结构、含能材料等方面;以高频关键词为中心形成了5个主要聚类,分别为热爆炸理论基础、热合成、热分解、热行为及含能材料与晶体结构。主题趋势显示热爆炸研究在整体上首先经历了热爆炸理论基础研究,并渗透到了热合成、热分解、热行为和含能材料与晶体结构等方面,高影响主题集中在热合成和热分解两个领域。热合成研究的高影响主题相比其他领域要更加显著,高影响主题涉及传播、镍铝化物、钛镍、铝、碳化及致密化等方面。相比而言,作为热爆炸研究的基础领域,热爆炸理论研究的热度及对应聚类主题的整体引用次数要显著低于目前活跃的领域。     

热爆炸学者的学术群演化

为全面认识国际热爆炸学者之间的关系及其呈现的演化特征,使用科技文献挖掘与可视化工具Cite Space,对从科睿唯安Web of Science的SCI平台获取的1 415篇热爆炸主题论文,从作者合作、作者共被引、作者发文与引证的突发性探测等视角进行了分析。结果表明,热爆炸研究在1935—2017年的作者合作呈增长趋势,且分别在早期、中期和后期按照研究阶段的不同形成了多个学术群。早期热爆炸奠基性和基础理论研究以Merzhanov AG、Abramov VG、Gray P、Boddington T及Feng CG(冯长根)等学者为主要代表,形成了热爆炸的早期学术群;中后期是以Zhao FQ(赵凤起)、Hu RZ(胡荣祖)、Song JR(宋纪蓉)、Zhang TL(张同来)及Yang L(杨利)等为主要作者的热爆炸试验与实践研究团队。以第一作者发表论文的高影响力作者主要有Frank-Kamenetskii DA、Merzhanov AG、Semenov NN、Kissinger HE及Ozawa T等,这些作者主要来源于早期热爆炸基础理论研究团队,为后来的热爆炸实践研究提供了知识基础。     

2018-2020年我国安全科学国际论文的文献共被引聚类:知识基础与研究方向

为辨识我国学者在2018-2020年发表国际论文的知识基础和结构,从Web of Science核心数据集的23本安全科学相关期刊上检索了我国学者发表的2 510篇论文,对采集的论文数据分别从期刊、作者和文献的共被引角度来进行分析,以揭示不同维度下我国安全科学的知识基础与结构.结果表明,为我国学者提供知识基础的主要期刊有Reliab Eng Syst Safe(《可靠性工程与系统安全》)、Accident Anal Prev(《事故分析与预防》)、Safety Sci(《安全科学》)、J Loss Pre-vent Proc(《工业过程与损失预防》)等,形成了系统安全与可靠性分析、灾害风险分析、环境风险研究、安全科学与人因工程、过程安全研究、交通安全研究领域6个主要的期刊类群.在作者分析结果中,以色列电力公司的Levitin G、加拿大瑞尔森大学的Khakzad N、加拿大纽芬兰纪念大学的Khan FI等是我国学者引用的主要学者.这些高被引学者形成了4个主要的知识基础群落.在文献层面上,Levitin G(2005)、Rea-son J(1990)、Leveson N(2004)等具有重要影响力的论文被我国学者广泛引用,引用主题主要分布在多米诺效应、任务终止策略及退化分析等方向.     

低压环境对锂电池热失控释放温度影响

为研究锂电池在民航飞行低压特殊环境的安全性及发生热失控灾害后的高温危险性,通过可模拟飞行变动条件的动压变温实验舱开展系列实验,研究锂电池在不同低压环境下的（101,60,30 kPa）多节18650型锂离子电池热失控温度特性,采集电池池体温度及热失控喷射释放温度等参数。研究结果表明:随环境压力降低,圆柱锂电池间的热失控传播并不能被阻断,但锂电池热失控灾害所释放产生的高温区域减少,且高温持续时间变短,释放所产生温度的高温危险性随环境压力的降低而有所降低。     

不同环境体系下锂离子电池热失控特性实验研究

针对锂离子电池热失控引发的航空运输安全问题,自主设计并搭建锂离子电池热失控灾害演化及危险性分析实验平台。在敞开和密封环境体系下,对电加热触发荷电量(State of Charge,SOC)为0%、50%和100%的18650型锂离子电池热失控规律进行了实验研究。观察单体锂离子电池在敞开和密封体系中的热失控现象,并记录单体锂离子电池热失控时间、温度峰值及相应的温度变化。数据结果显示,相比敞开体系,密封体系有效的延缓了锂离子电池发生热失控的时间,并降低了锂离子热失控时释放的能量,为锂离子电池的航空运输安全性研究提供了理论依据和工程技术参考。     

基于DSC试验的DCP自加速分解温度的推算

采用差示扫描量热仪(DSC)对小尺度过氧化二异丙苯(DCP)的热分解过程进行试验研究,利用基于等转化率Friedman微分法对热分析试验所得数据进行动力学分析,得出DCP的反应活化能的均值为160.82 kJ· mol-1.最后运用热爆炸理论对25 kg标准包装条件下的自加速分解温度(SADT)进行推算.结果表明,利用等转化率Friedman 微分法计算所得的动力学参数在整个反应进程中并不是常数,表明DCP的热分解反应是一个固态的复杂反应过程.多重扫描速率下计算所得的动力学参数较单个扫描速率法可信度更高,推算所得DCP的SADT值与美式全尺寸试验值基本一致.     

《安全与环境学报》(1994—2020)的整体画像

为促进安全与环境的研究和《安全与环境学报》的发展，采用文献计量与数据可视化的方法与技术，对中国知网引文数据库中所收录的7 223篇论文及其文献计量学指标进行了分析。结果表明，经过27 a的发展，《学报》刊载的安全与环境研究成果整体呈增长趋势，期刊论文的影响力也在稳步提升。在发展过程中，产生了一批发文的核心区域、机构及作者。在期刊维度的知识交流中，《学报》主要吸收了来自《中国安全科学学报》《环境科学》及《煤炭学报》等安全与环境相关期刊的知识，知识的流出同样集中在了安全与环境领域，主要包括《中国安全科学学报》《中国安全生产科学技术》及《消防科学与技术》等。《学报》研究主题分布在6个方面：分别为#1环境工程与环境工程学，聚焦在水污染研究方向；#2环境学，主要涉及土壤和大气污染；#3安全工程聚焦火灾与矿山安全工程研究；#4安全管理工程聚焦在工程安全与风险的评价；#5兵工安全技术以及#6安全与环境事件/事故统计。在《安全与环境学报》阶段，研究主题主要分布在#1、#2、#3、#4及#6。《学报》论文中常用的方法为数值模拟、层次分析法及BP神经网络等。在方法的演化路径上，近期新兴的方法为扎根理论、高...     

细水雾与隔热层协同对锂离子电池灾害传播抑制的研究

热失控是锂离子电池最严重的安全问题,一旦发生,极易在电池模组内传播,其释放的热量成倍增长后会导致严重的燃烧爆炸事故,严重阻碍了其在储能、电动汽车等行业的应用,因此需要可靠的方法来阻隔热失控在电池间的传播。目前主流的散热与隔热两种热失控抑制策略都存在不足,细水雾因其出色的冷却能力被首选为散热介质,因此有必要开展细水雾散热与隔热层隔热对电池模组内灾害传播协同抑制的有效性研究。以4块车用7 Ah方型动力三元锂离子电池为研究对象,对比分析了隔热层隔热、细水雾散热及其协同抑制三种策略对热失控传播抑制中的关键参数变化。结果表明：本实验中单纯的隔热或细水雾散热方法均无法完全阻断热失控蔓延,但协同抑制策略不仅能完全有效阻断,还可有效解决隔热板导致的聚热现象与细水雾冷却速率有限的问题,相邻电池的最高温度及最大温升速率控制在了132.4℃、0.35℃/s以下;同时,有毒气体CO、SO₂的浓度相比无抑制时分别下降约21%、30%。协同抑制的综合效果大于两者单独作用之和,本研究可为电池包内合理平衡隔热和散热之间的关系设计提供数据参考。     

锂离子电池热失控危险性研究进展

锂离子电池广泛应用的同时也出现了燃烧、爆炸等安全问题.针对锂电池热失控及火灾问题,综述了电池内部热失控演变过程、热失控气体释放及其燃爆风险,以及热失控和火灾发生时有毒有害气体的危害性等方面近年来的研究进展.最后提出今后主要研究方向是电池模块/电池包内热失控气体释放和流动过程研究、气体爆炸危险性动态变化规律研究和大容量高比能富镍电池单体/模块热失控特性和规律研究等.     

环己酮半间歇过氧化反应过程热失控研究

采用反应量热仪(RC1e)、差示扫描量热仪(DSC)和绝热加速量热仪(ARC)对环己酮过氧化反应过程的热失控危险性进行了研究,利用冷却失效情形法对该工艺进行危险性分级。结果表明:温度的升高使环己酮过氧化反应速率加快,体系比热容增加,温度升高也使产物各种中间体及副反应活跃程度增加,提高搅拌速度也能促进环己酮氧化,而延长加料时间可以将反应热量较好地移出,但同时降低反应速率,使过氧化环己酮得率降低。依据风险评价指数矩阵法和失控情景分析法,得到环己酮半间歇过氧化反应的热失控危险程度级别为5级,而降低环己酮的加入量,危险程度等级为2级。     

连二亚硫酸钠热分解特性动力学及危险性评价

为了研究连二亚硫酸钠热分解动力学及热失控危险性,利用同步热分析法(TG-DSC)测定了不同升温速率下连二亚硫酸钠热分解特性。采用非等转化率法和等转化率法探究其动力学参数,分析其反应机理,推断连二亚硫酸钠热危险性。结果表明,连二亚硫酸钠分解方式有两种,反应活化能在140~240 kJ/mol。利用活化能比较、失控反应可能性、严重度评价及SADT等方法均发现,连二亚硫酸钠在生产、存储中存在危险性失控可能性。因此,要严格执行连二亚硫酸钠安全储运国家标准,避免事故发生。     

水凝胶灭火剂对磷酸铁锂电池组灭火效能研究

为探索针对磷酸铁锂电池组热失控行为的高效灭火剂，搭建锂电池燃烧-抑制试验平台，选取27 Ah磷酸铁锂电池组，以300 W外部热源过热诱发电池热失控至起火。在水阻断磷酸铁锂电池热失控行为试验基础上，开展水凝胶灭火剂对磷酸铁锂电池组热失控行为阻断效果试验研究，对比分析锂离子电池组热失控爆发时间、温度变化速率等参数。结果表明：水对锂电池组冷却深度不足且利用率不高，无法有效阻断电池组间热失控传播。水凝胶灭火剂可快速扑灭明火，结束喷放后电池表面温度始终低于热失控临界温度，可有效阻断电池组热失控行为。灭火剂喷放速率越大，阻止电池组热失控传播越明显，大流量的水凝胶灭火剂可完全阻止热失控在电池组单体间传播。     

硫化油生产过程的活性反应危害识别与评估

利用差示扫描量热仪（DSC）、反应量热仪（RC1和快速筛选仪（RSD）等仪器设备，对硫化油合成过程的热特征和压力特征进行系统研究，发现该反应为微吸热的过程，但仍应严格控制工艺参数，如压力、温度等。防止反应器中混入水等低沸点物质，导致容器超压。反应器内避免混入空气、硝酸等禁忌物料，防止因活性反应而引发灾害性燃爆事故。     

低压环境下不同三元圆柱锂电池热失控危险特性对比研究

为研究21700和18650新旧2型多用途锂离子电池在航空运输低压环境下的热失控特性差异，采用动压变温实验舱搭建实验平台开展实验。将实验环境压力设定为飞机巡航时的环境压力30 kPa，对比常压101 kPa，使用外部热源加热的方式触发锂电池热失控，利用热传播引发相邻电池热失控，分别从热失控温度变化特性、热释放速率和热解气体组分浓度变化进行分析。研究结果表明:能量密度更高的21700电池热失控峰值温度更高，高温危险性要高于18650电池，但触发热失控所需的热量更多，电池间热传播时间会延长；低压环境有利于降低锂电池热失控燃爆峰值温度，减小燃爆热释放速率，但会产生更多CxHy和CO等具有燃爆性的热解气体，可能会在有限空间内与氧气混合引起二次燃爆。     

硝酸及氯离子对高温硝酸铵水溶液热危险性的影响研究

国内外学者对硝酸铵的危险性进行了大量的研究,而对其水溶液的危险性至今开展不多。笔者采用差示扫描量热仪(DSC)及全自动反应量热仪(RC1e)对高温状态下的硝酸铵水溶液的热分解危险性、杂质离子对其稳定性的影响进行了研究。纯硝酸铵和90%硝酸铵水溶液的DSC实验表明,90%硝酸铵溶液和分析纯硝酸铵具有相似的热爆炸危险;90%硝酸铵水溶液在140~180℃之间的RC1e试验表明:硝酸或氯离子单独存在时,对硝酸铵分解都有不同程度的抑制作用,而同时存在时则大大降低体系的热稳定性。该结果对保障硝酸铵在生产、使用过程中的安全具有重要的参考价值。     

低压细水雾系统扑救锂电池箱火灾的试验研究北大核心CSCD

为了提升动力锂离子电池系统的安全性,除了一些常规保护措施(电池冷却、电量监测、过热报警等)外,增加抑制锂离子电池早期热失控及火灾的防护系统也是必要的。针对某型电动客车锂离子电池箱的50 Ah三元锂离子电池,开展了锂离子电池单体火灾试验、锂离子电池箱火灾抑制试验及锂离子电池早期热失控抑制试验,验证低压细水雾灭火系统对于锂离子电池箱热失控安全防护的效果。结果表明,该类型三元锂离子在800 W功率的加热下,会瞬间发生爆燃,燃烧时间为69 s。低压细水雾系统成功实现了对动力锂离子电池箱内火灾及单颗锂离子电池早期热失控的抑制。在锂离子电池火灾及早期热失控抑制的过程中,均未观察到复燃及模组间热失控的传播。     

过氧化甲乙酮的热危险性研究

为研究过氧化甲乙酮(MEKPO)在运输与储存中的热危险性,利用差示扫描量热仪(DSC)对质量分数为52%的MEKPO溶液(以2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯为溶剂)进行测试,得到其起始分解温度T0约为40℃,比放热量ΔH约为1.24 kJ/g。运用加速量热仪(ARC)对3种MEKPO溶液(40%,45%和52%)及MEKPO纯品(化学纯)在绝热条件下进行了热分解测试,并在此基础上,借助Semenov热爆炸模型,计算得到上述样品在50 kg包件下的自加速分解温度(TSADT)分别为65.64,63.72,55.88和51.17℃。研究结果表明,加入稀释稳定剂是降低MEKPO热危险性的有效途径,且MEKPO混合物中其质量分数越大,其危险性越高。     

环氧乙烷水溶液失控反应特性研究

为了系统研究环氧乙烷水溶液失控反应热动力学参数的变化规律,采用等温扫描量热仪C600和绝热量热仪VSP-2分别对环氧乙烷水溶液进行了量热试验研究,得到了纯环氧乙烷的热稳定性数据,以及不同质量分数环氧乙烷水溶液的起始放热温度、最高放热温度和压力、放热量、绝热温升及失控反应过程的温度、压力变化等。结果表明,纯环氧乙烷发生失控反应的起始温度接近360℃,其放热量高达2 600 k J/kg。水加入环氧乙烷能够显著降低体系的起始放热温度至200℃以下。随环氧乙烷水溶液质量分数升高,失控反应致灾后果的严重程度明显提高。最高温度和压力、温升和压升速率、放热量及绝热温升随环氧乙烷质量分数升高而增大,而达到最大反应速率的时间减小。     

硝基苯精馏再沸器爆炸事故机理研究

笔者借助实验方法,对硝基苯精馏再沸器爆炸事故机理进行探讨。研究了再沸器中焦化物和焦油这两种主要介质的热爆炸敏感性,认为焦化物的热爆炸敏感性远远超过焦油;通过研究工艺过程,得出爆炸性焦化物是由液面的频繁波动、加热控制错误及可爆物含量升高等原因引起的,过程中可能存在的爆炸触发能量种类主要为氧化热、分解热或者摩擦、撞击能;进一步分析得出了再沸器爆炸事故的机理及爆炸事故的发展过程,认为在触发能作用下,首先是干燥的裸露焦化物被引爆,其产生的爆炸冲击能量可能进一步触发部分焦油,导致二次爆炸;最后根据分析得出的爆炸物形成原因及引爆能出现的条件提出了相应的安全对策措施。     

《安全与环境学报》2007-2017年文献计量分析

运用文献计量学方法,对《安全与环境学报》(下称《学报》)2007-2017年刊载的4147篇论文进行了文献计量分析。从《学报》论文的时序产出与影响、分类产出与影响、期刊层面的知识流动及主题热点4个方面讨论了《学报》的文献计量学特征。结果表明,《学报》经过多年的发展,产出、影响力及知识密度不断提升,产生了一大批有影响的地区、机构、作者等。《学报》保持期刊内外的知识流动、交换和更新,使得期刊充满知识活力。经过长期的积累,《学报》已经形成了安全工程与管理、环境科学、环境工程,以及特色专题--安全与环境事故和事件统计快报4个方面的主题方向。《学报》的这些文献计量指标,为全面认识《学报》及未来发展提供了详实的科技情报。