棉花阴燃和明火燃烧特性的对比研究

利用锥形量热仪,选取不同辐射强度,分别在使用和不使用点火器条件下,对棉花进行了热辐射引燃实验,发现在热辐射强度大于6kW/m2的情况下,使用点火器时棉花发生明火燃烧,不使用点火器时棉花发生阴燃燃烧。实验分别测得了在两种燃烧形式下的引燃时间、热释放速率、质量损失速率一氧化碳生成率,结果表明:无论是发生阴燃还是明火燃烧,引燃时间均随着辐射强度的增加而减小,且引燃时间平方根的倒数与辐射强度成线性关系;热释放速率、质量损失速率的峰值和平均值均随辐射强度的增加而增加,但在同一辐射强度下,明火燃烧的峰值和均值均比阴燃燃烧时的大;明火燃烧的一氧化碳平均生成率随着辐射强度的增加而减小,阴燃燃烧的一氧化碳平均生成率随着辐射强度的增加而增加。     

水平燃料填充床反向阴燃传播及其熄灭分析

根据单步反应机理(仅包括燃料的氧化),建立了一维非稳态燃料填充床反向阴燃的数学模型。通过简化模型参数及大活化能渐近分析,得出了定性描述燃料反向阴燃传播的两个方程。结果表明:随着空气流量的增大,阴燃温度是不断上升的,但由于受到反向空气风流的影响,阴燃温度的增长幅度是逐渐变小的;阴燃传播速度却呈现出先增大后减小直至熄灭的变化趋势。这种变化趋势与前人的实验结果相一致。通过定性分析得出:在气体流量为零的情况下,燃料仍然可以发生阴燃,而维持阴燃不断传播所需要的氧气量源于反应区域周围气体的扩散。此外,也分析了燃料特性参数(如密度、孔隙率、比热、导热系数及活化能)对燃料阴燃温度和阴燃速度传播的影响。     

籽棉和皮棉阴燃特性的对比实验研究

分别对具有相同尺寸、相同质量的籽棉和皮棉进行阴燃实验并对实验结果进行对比分析,得到在无外部辐射热源的自然条件下,发生阴燃时皮棉的温升速率较大、阴燃最高温度较高、阴燃前期600s内的CO生成速率和质量流量较大,但籽棉的阴燃时间较长,约为皮棉阴燃时间的4倍;同时将阴燃分为三个阶段,在阴燃的缓慢发展阶段和衰减阶段,籽棉阴燃的火灾危险性较大,在快速发展阶段,皮棉阴燃的火灾危险性较大。     

棉垛早期阴燃火灾特性及棉花仓库主动吸气式复合探测研究

以棉花仓库消防安全为背景,在火灾探测标准燃烧室内开展了棉花垛早期阴燃特性试验和吸气式复合探测试验研究。分析棉花垛早期阴燃过程中的质量损失、烟气浓度以及图像特征变化,以棉花垛顶部着火为例,归纳了阴燃过程大致包括水平蔓延及竖直蔓延两个阶段,并分析了各阶段特性。利用吸气式复合烟气诊断,分别记录了吸气管道出口的CO体积分数变化以及吸气式探测器的输出信号。结果表明,CO的响应时间明显快于吸气式探测器且几乎不受采样孔位置的影响。由于阴燃温度低,羽流湍浮力相对较弱,而CO气体密度远小于烟颗粒密度,在吸气管道中表现出更好的迁移性。因此,针对大空间棉储仓库,可以采用吸气式感烟火灾探测器与CO气体探测器相结合的复合探测手段,也可以考虑在传统吸气式探测器内部整合CO探测部件以提高探测报警速度,同时有效降低误报、漏报率。     

水分影响下阴燃传播及气相反应发生的研究

为了解阴燃传播及其反应状态发生变化的特点,采用一半干燥一半加湿的聚氨酯泡沫材料进行实验。在自然对流条件下,阴燃由下到上从干材料传播到湿材料。各次实验中阴燃在干材料部分都保持稳定传播,而湿材料部分所设计的含水率则从8.4%到21.7%。水分的吸热作用使阴燃状态随含水率大小发生极大的变化。在含水率较小时,阴燃仍能继续传播但温度和速度都有所下降;含水率稍大时,阴燃反应受到抑制,在内部有氧气剩余的情况下则会发生气相反应;当含水率进一步增大,阴燃就会熄灭。如果阴燃能传播到材料末端,外界的大量氧气进入阴燃区将使其向明火发生转化。     

氧化速度对硫化矿石堆积体温度场变化影响的数值模拟方法研究

基于绝热温升模型和有限元数值计算方法,确定硫化矿石堆积体自燃预测指标,研究氧化速度对硫化矿石堆积体温度场的影响,建立硫化矿石堆积体温度场数值模型。计算结果表明,硫化矿石的氧化速度受到多重因素影响,通过调整参数m值反映堆积体中矿料氧化速度的快慢。随着m值的增大,氧化速度增大,堆积过程中以及后期堆放早期的最高温度值显著升高,而在堆放后期整体温度分布基本相同;其形心点的最高温度也增大,堆放后期该点温度值基本保持不变。     

不同阻燃剂的聚氨酯泡沫材料阴燃特性研究

为了解添加不同阻燃剂的聚氨酯泡沫材料的阴燃特性,对聚氨酯泡沫材料一半干燥一半采用添加Mg Cl2、防老剂、质量分数为10%的水三种情况进行阻燃处理。各次实验结果表明,添加Mg Cl2的材料阻燃效果较好,温度传播到含有添加剂的材料时,由于材料的阻燃性吸附阻止氧气的传播导致没有发生阴燃向有焰火的转化;当传播到有防老剂材料时,由于防老剂的阻氧导致氧气量缓慢减少,在接触后的前期由于氧气量变化缓慢导致气相反应的出现,随着氧气量减少,阴燃结束;当传播到含水材料时,温度出现下降同时阴燃传播速度变慢,但是阴燃仍然能够维持,最后由于氧气的大量进入转化为有焰火。     

水蒸气抑制甲烷燃烧和爆炸实验研究与数值计算

在爆炸激波管中对水蒸气抑制甲烷燃烧和爆炸进行较系统的实验研究,并对其抑燃、抑爆化学动力学作用机理进行数值计算分析。结果表明:加入一定量的水蒸气后,可以有效降低CH4-O2混合气体的燃烧速度和爆炸强度;当水蒸气量达到某临界值时,CH4-O2混合气体将不能被点燃。化学动力学数值计算结果表明:在混合气体中加入水蒸气后,增大了甲烷的点火延迟时间,降低了燃烧温度和H,O和OH等高活性自由基的浓度。水蒸气能有效抑制甲烷燃烧和爆炸,其作用效果源于其物理抑制和化学阻化的综合效应。     

基于Logistic回归分析的煤自燃多级预警方法研究

为实现煤自燃过程的精细分级与自燃隐患的精确预警,保障井下煤自燃防治工作有效开展和煤炭资源安全开采.以甘肃王家山矿202工作面煤样为测试对象,采用煤自然发火试验与程序升温试验手段模拟煤体自然发火过程.测定煤自燃指标气体等特性参数数据,分析相关指标气体特征,将煤自燃过程划分为稳定、波动和剧烈反应3大区间.通过处理指标数据以...     

多孔矿物-聚磷酸铵对甲烷爆炸的协同抑制研究

为探究新型多孔矿物(MTS)-聚磷酸铵(APP)复合粉体对甲烷-空气预混气爆炸的抑制效果,采用20 L球形爆炸装置开展多孔矿物、APP及其复合粉体在不同组成、不同添加浓度条件下的甲烷爆炸抑制试验,并使用热分析仪研究其热解行为.研究结果表明:当粉体添加量为0.100 g/L,多孔矿物与APP质量组成比为1∶3时,复合粉体...     

Effect of admixture of solid inertant on fire hazard of dust layers oriented at varying degrees of inclination

Unlike metallic dust layers, the layer flammability levels (LFL) of non-metallic dust layers exhibit a wide range from Class 1 (No self-sustained combustion) to Class 6 (explosive combustion). However, determinations of layer flammability have not considered the effect of inclination angle, thereby potentially underestimating fire hazard of combustible dust layers in many industrial situations. In this research, inclined dust layers showed greater fire hazard than did horizontally oriented dust layers. For example, LFL of wood dust jumped from class 3 to class 5 when layers were positioned with an incline. Flame spread rate of PMMA dust layers increased from 1.8 to 3.6 mm/s when the angle of inclination increased from 0 to 40°. Even small amounts of solid inertant significantly decreased surface layer fires. The required amount of inertant to completely inert layer fires was far less than that for smoldering layer fires or dust explosions.     

煤中掺比伴生硫化物的自燃特性分析

为了深入探究矿井下伴生硫化物对煤自燃及着火燃烧特性的影响,向原煤中添加不同量的含硫物配制4种不同含硫量的煤样,通过TG实验、DSC测试和XRD分析,研究伴生硫化物对煤自燃及着火燃烧特性的影响规律;基于Coats-Redfern法计算煤中掺加不同伴生硫化物时煤燃烧阶段的活化能。研究结果表明:随着煤中掺比伴生硫化物的增多,煤的特征温度相应减小,而吸氧量、可燃和稳燃指数相应增大,原煤中混入伴生硫化物后更易自燃;随着煤中掺比伴生硫化物的增多,煤燃烧阶段的活化能降低,煤更易着火燃烧;伴生硫化物的主要成分为水绿矾、叶绿矾,这些物质在常温下遇水和氧气能够发生化学循环反应,反应放热促使了煤更易自燃;伴生硫化物在温度高于200℃以后整体表现为放热,在温度为565℃时达到放热峰值,这使得煤燃烧阶段的活化能降低,煤更易燃烧。     

吨量煤体的自燃过程实验模拟研究

为更好地弄清矿井实际的煤自然发火规律,利用装煤量达5吨的大型实验台对两种烟煤分别进行了自燃模拟实验。大煤量的实验能够很好地模拟煤矿中煤低温氧化和传热传质共同作用导致的发火过程,实验得到的自然发火期与煤矿实际发火期也是一致的。实验中煤样从缓慢氧化变为快速氧化的临界温度为100～110℃。当煤温低于,临界温度时,煤样的升温受到空气流带走热量和向外界散热的影响很大,因此夹层水的保温作用就很关键。当煤温超过临界温度后,反应加快,温度急剧上升,散热的影响明显降低,反应主要受限于氧气的供应情况。     

露头煤层自燃相似实验研究及热释放速率计算

为了研究露头煤层自燃发火过程以及判定火灾发展状态与趋势,自主设计了露头煤层自燃过程相似模拟系统实验装置。通过分析相似模拟实验数据,得到火区气体CO_2,CO,O_2体积分数与温度之间的变化关系具有良好的相关性,可作为判定火灾状态的标志性气体,并拟合出O_2体积分数与温度之间的关系方程。根据氧消耗原理及相关理论,得到了煤在干燥环境中阴燃状态下的热释放速率简化关系方程,为煤田火灾的研究和防治提供了参考依据。     

压缩空气对井下热环境的降温效果研究

压缩空气是矿山井下常用动力,它具有膨胀吸热的特性,因而可用于改善井下作业环境与气候条件。通过对矿井压缩空气吸热量的计算,分析了压气对井下热工作面的降温影响,并获得了压气与工作面降温效果的数学关系。还对井下采用压气降温进行了经济评价,指出了压气降温仍为我国深井局部降温的一种可供选择的好方法。     

高水无机材料防灭火性能影响因素研究与实践*

为进一步揭示高水无机材料抑制煤自燃机理,将其更好地应用于煤矿防灭火领域,开展高水无机材料流动渗透性能实验与高水无机材料抑制煤堆自燃实验,研究不同水灰比和不同空隙率条件下高水无机材料浆液流动渗透规律和高水无机材料浆液煤堆自燃降温规律。结果表明:高水无机材料浆液的水灰比和煤块间的间隙宽度对其流动渗透性能有显著影响,煤堆不同径向距离处的温度均呈现出开始迅速降低、之后缓慢降低的2个降温阶段。三河尖矿防灭火工程实践应用表明水灰比28∶1的高水无机材料浆液有较好的防灭火效果。     

纤维质燃料正向阴燃传播的数值分析

根据多孔固体燃料3步反应动力学机理,建立了2D非稳态纤维质材料水平填充床正向阴燃的数学模型。阴燃的化学动力过程包括燃料吸热热解、燃料放热氧化及焦炭的放热氧化3个过程。该模型既考虑了固-气之间的热交换,也考虑到了气体在多孔介质内的扩散系数的变化。辐射换热采用扩散近似的方式在模型中予以考虑。应用该模型,数值模拟了来流速度对阴燃速度及平均最高温度的影响,结果表明:阴燃传播速度与来流速度基本上呈线性关系,来流速度对阴燃最高温度影响不大。同时也模拟了燃料阴燃温度分布、燃烧过程中气体组分(O2,CO,CO2,H2O)及固体成分(燃料、焦炭和灰分)的变化过程。数值计算阴燃速度与实验速度基本吻合。     

阴燃中出现有焰火的理论初探

阴燃是一种自维持,不断传播的,异相反应的放热燃烧过程。典型的阴燃例子有蚝烟,地下煤矿的燃烧等。从热安全角度来看阴燃过程,不完全的氧化反应和可燃物热解都会产生很多的有毒气体,对人造成危害;另外在一定的条件下,阴燃还会突然转化为有焰火,进行更猛烈的燃烧,造成更大的破坏。     

辐射热流作用下树叶样品的燃烧特征研究

研究植物叶样在外部热辐射和值班火源作用下的燃烧现象特征并探索其成因和物理及化学本质。采用锥形量热仪开展实验,热辐射强度分别设定为35kW m-2、55kW m-2、70kW m-2和85kW m-2。实验样品为针阔叶树种共13种,其含水率在45%至79%间变化。实验表明,样品表现出不同的着火模式,有的为明火,有的则为阴燃,取决于树种和设定的辐射强度。样品出现有焰燃烧现象的最低热释放速率峰值(PHRR)在22.3kW m-2至35.6kW m-2之间,反映了形成气相火焰所需最低挥发分质量流率。气相产物CO2产生速率的峰值与PHRR呈高度线性性,表明了不同样品间气相燃烧或固相表面氧化(阴燃燃烧)反应的相似性。进一步分析表明,出现的独特热释放速率尖锐峰形是样品分层特性以及树叶的物理属性和热物性共同作用的结果。具有热薄特性的样品表层,在实验初期是接受外部辐射热的主体,其热解的产物是形成气相火焰的物质来源;在其转变为焦炭层后,对辐射热流向内层的渗透具有阻挡作用。建立起来的认识对于评估分层样品的燃烧性有一定的指导意义。