氢气爆燃作用下核电站安全壳力学响应数值模拟分析

在核电站严重事故中,由氢气爆燃产生的压力载荷会危及安全壳完整性致其失效,进而造成放射性物质泄漏的严重危害。通过ANSYS/Fluent有限元数值模拟软件,建立了安全壳有限元模型,并对安全壳内氢气爆燃过程以及其力学特性进行了数值模拟研究,获得了氢气爆炸过程中的超压值、升压速率、安全壳变形以及压应力分布。结果表明:爆燃波传递引起压强升高,火焰阵面处压强最高,爆燃波所经区域超压疾速上升随后快速下降;爆燃作用下,顶部壳体和下部筒体连接区域混凝土位移最大,最大压应力也集中分布在该区域,最易受到破坏。获得的结论可为安全壳结构抗爆设计和安全性研究提供理论参考。     

火焰撞击受限顶棚条件下顶棚最高温度数值模拟研究

顶棚下方最高温度是隧道火灾发展蔓延时的重要参数。针对火焰撞击顶棚并受到顶棚侧墙限制的强羽流驱动的顶棚射流,利用FDS模拟了18种缩尺寸隧道火灾工况,研究了顶棚下方最高温度随着火源功率、火源与顶棚距离的变化规律。结果表明:火焰撞击区域附近顶棚下方温度随着火源功率的增大而降低,随火源与顶棚距离的增大而升高;相反,在远离火源区域顶棚下方的温度随火源功率增大而升高,随火源与顶棚距离增大而降低;同时,通过分析隧道中心面上顶棚下方温度分布规律,提出了火焰撞击受限顶棚时顶棚下方最高温升的预测模型,研究结果能为实际的隧道消防提供一些参考。     

基于CFD的大型储油罐区池火灾数值模拟*

为研究大型储油罐区池火灾温度、热辐射强度、流速、组分等燃烧特性参数在油罐外不同区域的变化规律,以10万m3原油储罐区为研究对象,构建罐区池火灾燃烧数学模型,运用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）技术进行数值模拟研究。结果表明:整个火场温度大致呈锥形分布,火焰温度最高可达1 500 K,纵向来看,底部温度较高,上部温度逐渐降低,径向来看,中心温度较高,周围温度逐渐降低;随着距罐壁以及距罐顶距离的不断增加,热辐射强度均呈现逐渐降低的趋势,最高热辐射强度为132 kW/m2;罐顶上方区域存在火焰卷吸现象,中心位置流速最大,最高可达56 m/s,罐底区域存在火焰贴壁现象;得到燃烧产物（CO和CO2）的体积分数分布,以CO体积分数为0.001作为判断依据,推断出火焰高度为120 m。研究结果可为今后此类火灾事故的防治提供理论支撑。     

有一种燃烧叫阴燃

<正>没有火焰的缓慢燃烧现象称为阴燃。很多固体物质,如纸张、锯末、橡胶、海绵以及某些多孔热固性塑料等,都可能发生阴燃,特别是当它们堆积起来的时候。阴燃是固体燃烧的一种形式,是无可见光的缓慢燃烧,通常会产生烟和温度上升等现象。发生阴燃的内部条件是,可燃物必须是受热分解后能产生刚性结构的多孔的固体物质。例如,柔性泡沫材料如果在高温条件下产生刚性很强的碳就会容易发生阴燃。发生阴燃的外部条件是有适合供热强度的     

玉米淀粉粉尘云浓度对其火焰传播特性影响

为研究受限空间内玉米淀粉燃烧火焰结构以及火焰传播特性,在小尺寸开口竖直管道内进行不同质量浓度下玉米淀粉火焰传播试验。采用高速摄像拍摄火焰传播过程,并用微细热电偶记录试验过程中的火焰温度。试验结果表明:燃烧过程中火焰锋面形状不规则;在低质量浓度下,火焰温度和传播速度随粉尘质量浓度的增加而增大,存在一个最佳粉尘浓度使二者均达到最大值,超过此浓度值后,随着浓度增加二者开始缓慢下降。不同质量浓度粉尘对应的最高火焰温度和最大火焰传播速度呈线性关系。     

风电机舱内典型混合液态油品热诱导燃烧特性

为探究不同尺寸方形油盘对双馈异步风力发电机组机舱中典型混合油品燃烧特性的影响,自主设计和搭建了热平板诱导油品加热燃烧测定实验系统。将液压油(CALTEXRANDO HDZ32)和齿轮箱油(CALTEXMEROPA320)按1∶1质量(各40.0g)比例均匀混合后,盛装于横截面尺寸分别为6.5cm×6.5cm、10.0cm×10.0cm、13.5cm×13.5cm 的钢制油盘中,利用热平板加热和诱导盘内同样质量混合油品燃烧,利用摄像机记录其燃烧行为和阶段节点时间,利用热电偶树、温度采集模块对油品燃烧对应阶段节点液内和上方火焰中心轴温度分布进行测定。观察发现,液/齿混合油品在加热后出现液内流动、蒸发、冒泡、气化、燃烧、发烟、火焰蹿高等典型传热传质和液相燃烧现象。实验结果表明,随油盘横截面尺寸递增,混合油品着火时间依次缩短(最高1048.0s),燃烧持续时间依次递减(最高1980.0s),燃烧液内最高温度依次升高(最高564.3 ℃),中心轴第一层火焰熄灭温度依次升高(最高489.2 ℃)。小尺寸油盘内油品交流换热过程缓慢,质量损失速率较低,着火前阶段出现最大质量损失速率(0.041g/s);中大尺寸油盘内对流、传质和传热过程明显增强,质量损失速率较高,火焰蹿高节点时出现最大质量损失速率(0.25g/s和0.29g/s)     

自然通风房间内细水雾与油池火作用的数值模拟

采用大涡模拟、混合物分数燃烧模型和欧拉-拉格朗日粒子运动描述法,对自然通风房间内细水雾与油池火焰作用过程进行数值模拟;探讨细水雾在火羽流的不同区域内的灭火机理;分析雾滴直径在自然通风条件下对细水雾灭火效果的影响。模拟结果表明:细水雾冷却热烟气层分为温度迅速降低和缓慢下降两个阶段;在间歇火焰区和浮力羽流区以及热烟气层主要发挥细水雾的蒸发冷却作用,在恒定火焰区则是蒸发冷却和隔氧窒息共同作用;着火区域封闭性较差时,直径较小的水雾系统的灭火效果较低。     

三通管支管位置对爆炸火焰传播影响分析*

为研究分支管道位置对丙烷爆炸火焰传播的影响规律,通过多组数值模拟与已有实验数据对比,分析不同工况下三通管内火焰传播形态变化特征及温度变化。结果表明:向右传播的爆炸气流在支管左侧形成湍流旋涡,火焰受到拖拽及壁面制约,贴支管右侧壁面呈尖刀状传播;封闭管道中,火焰传播受主管道高速前驱压力波回波影响更显著,垂直支管中火焰与高温风险更大;实验支管位置距离点火源5.6 m时岔口处监测点温度高达2 214.08 K,支管位置增加至5.71 m时,支管处湍流旋涡拖拽火焰,使火焰出现中断,支管移至5.825 m后高温火焰无法传播至支管口,支管中的爆炸风险显著降低。研究结果为工业生产三通管支管位置的选择和支管内二次爆炸风险预测提供科学参考。     

水滴撞击高温酥油表面的动力学过程模拟试验研究

细永雾与酥油池火相互作用的初始阶段,或细水雾不能有效抑制酥油池火时,往往会发生火焰燃烧被强化的现象.为了深入认识这一现象的发生机理,通过模拟试验研究水滴撞击到不同温度酥油表面的动力学过程.试验中水滴的初始直径为(2.61±0 1)mm,韦伯散为77.9;酥油温度变化范围为200～300℃.整个碰撞过程采用Phctron Fastcam高速摄影仪进行拍摄记录.结果表明:水滴撞击到高温酥油油池时,水滴会迅速蒸发并在酥油中生成气泡,气泡上升到酥油-空气交界面时破裂,或者在油池内部发生蒸汽爆炸导致酥油液滴或酥油液桂飞溅;当酥油温度达到300℃时,水滴进入酥油后114ms左右即发生剧烈的蒸汽爆炸,大量高温酥油被溅起,这应该是导致细水雾熄灭酥油池火时发生火焰燃烧被强化的主要原因之一.     

20 Ah LiFePO_4电池燃烧过程及温度特性研究

为预防磷酸铁锂(LiFePO_4)电池热失控事故,在燃烧试验箱中开展20 Ah LiFePO_4电池热失控试验,分析其在3种荷电状态(SOC)下的燃烧过程、温度特性、质量和电压变化;分析射流火焰演化过程,探讨SOC对电池表面温度、火焰温度和质量损失的影响,并划分电池的电压变化阶段。结果表明:20 Ah LiFePO_4电池燃烧过程中,热失控会发生2次,且第2次热失控危险性更高;最多会形成5次射流火焰并伴随有火焰推举现象;随着SOC的增加电池表面温度、失重、火灾危险性和质量损失速率越来越大,燃烧持续时间与SOC成反比; SOC对热失控发生时表面不同位置处的温度、火焰温度和电压影响不大。     

航空煤油小尺度池火燃烧规律及火焰结构研究

为分析油池火灾发展的一般规律,利用小尺度池火燃烧特性试验系统,对航空煤油池火的宏观和微观特性进行试验研究,重点分析质量燃烧速率、火焰涡流结构和火焰温度的变化规律。结果表明:燃烧速率方面,油品质量随时间近似呈线性变化,瞬时燃烧速率作为时间的函数分为5个阶段,火灾的有效防控必须放在初期;涡流结构方面,不同燃烧阶段火焰涡流结构的明显程度不同,与燃烧剧烈程度成反比关系,计算出涡流结构产生频率为4~5 Hz,其产生的原因是油品蒸发、燃烧流动与火焰浮力耦合作用的影响;火焰温度方面,就整个燃烧过程而言,竖直方向轴线上火焰下部温度明显高于上部,水平方向上火焰中心与火焰边缘未燃区之间温差随高度不同而差别较大。     

澳大利亚@你知道吗

如果燃烧过程足够缓慢,就不会产生火焰,这种情况即"无焰闷燃"。另一方面,如果燃烧过程足够迅猛,就可能发生爆炸。在这两种情况之间,就是普通的有焰的火,燃烧速度快到可以产生火焰,但义不足以快到发生爆炸。和氧气和燃料一样,热量也是起火的必要条件。了解热量传递是了解火的关键。热最传递有三种方式:传导:即热量从高温固体转移到低温固体。对流:即热量通过流动的液体或气体从一处转移到另一处。辐射:即通过电磁波进行的热量转移。     

高层建筑外墙火灾数值仿真研究

采用CFD模型,对某高层建筑外墙火灾进行了仿真分析,考虑了火源位置及风速对火焰沿外墙蔓延的影响,分析结果表明在单点着火的情况下,火灾首先从着火点沿着火面外墙向上及向两侧蔓延,火焰垂直蔓延速度远远高于水平蔓延速度,火灾从单侧向相邻侧蔓延一般首先会出现在建筑顶部区域,然后相邻侧火灾会呈现自上而下的蔓延过程,最终会发展为整个建筑外表面全部参与燃烧的情形。针对以上特点对高层建筑的外墙防火提出了建议。     

球形容器内H2-Air爆燃特性的数值模拟

为了研究氢气在密闭容器中燃烧的发展过程,基于20L球形容器中H_2-air爆炸实验(Crowl and Jo,2009),采用数值模拟的方法对密闭容器中Φ=1的混合气体的爆炸压力和火焰锋面位置进行了详细分析。通过对比实验和模拟的结果可知:燃烧过程中受重力影响使得不同方向的火焰传播速度不同,导致实际燃烧过程与模拟相比较为缓慢;壁面的阻碍作用导致火焰在密闭容器内传播速度先增加后降低;实验过程中的热耗散和浮力影响是导致误差的主要原因。     

洗苯塔内部起火条件及灭火方法

装满木制弦形格子的洗苯塔内起火原因,一是外部火焰触到要害部位,二是停工检查和更换格子时硫化铁自燃。洗苯塔内存在起火爆炸的危险性,还因为弦形格子是用松木条制成(松木燃烧温度为225℃,最高燃烧温度为900℃,发热量达17兆焦耳/公斤)。在生产过程中,木格子被有一定温度的煤气包围着,而且木格子表面又粘有占总     

燃油流量对防火试验火焰特征的影响

为了研究燃油流量对防火试验火焰特征的影响,为防火试验方案的设计提供参考和指导,采用Ansys Fluent软件对NexGen燃烧器进行三维定常数值模拟,分析了不同燃油流量条件下的火焰特征。结果表明:燃油流量对火焰最高温度和火焰形状几乎没有影响,但对火焰长度、监测面上温度分布、7个测量点的平均温度和热流密度有很大影响,通过分析各燃油流量条件下的火焰特征,发现当空气流量为35.8 g/s时,燃油流量在2.0~2.11 g/s——即余气系数为1.15~1.22时,能够用于防火试验。     

室内火灾中外部燃烧现象的数值模拟

外部燃烧是室内火灾中火焰随烟气流出窗户并在窗户外燃烧的现象。外部燃烧会造成火势从初始着火的房间向其他房间或楼层蔓延,具有很大的危害性。本文应用美国国家标准技术局（NIST）开发的FDS程序,对外部燃烧现象进行了研究。首先对Bullen和Thomas的实验进行数值模拟,用以验证FDS对外部燃烧现象的模拟效果。在相近的燃料过量因子的条件下,计算得到的外部燃烧羽流的温度分布结果、外部燃烧火焰的高度和火焰距离窗户所在壁面的水平距离与Bullen和Thomas的实验结果符合得较好。之后,研究了不同窗户大小和不同燃料消耗率对外部燃烧的影响。最后,发现当燃料消耗率足够大致使室内燃料过量因子接近1时,室内火焰将会熄灭,燃料流出窗户形成的外部燃烧火焰会被拉长,火焰肾贴窗户外的壁面向上燃烧。     

基于大涡模拟的油池火焰瞬态辐射传热研究

为探究油池火焰燃烧过程中火焰辐射的瞬态辐射传热特性,基于大涡模拟方法建立甲醇油池火焰的燃烧模型,并采用准确性高的灰气体加权和模型(WSGG)模拟高温气体非灰辐射特性;研究甲醇火焰瞬态燃烧过程中的温度、速度、组分浓度变化及辐射热量的瞬态分布特性。结果表明：燃烧气体温度呈现周期性的变化,会不断地有高温气体在油池表面生成,然后上升、膨胀扩散,且在上升过程中气体速度先变大后减小。受此影响,池火液面受到的辐射热反馈随时间剧烈震荡,液面中心辐射热流密度在-17～-7 kW/m²之间变化,且向液面边缘逐渐减小;液面的热流密度概率密度分布呈现三角形;地面的辐射热量因为距离火焰较远及油罐的遮挡作用,比液面小一个数量级。     

不同粒径铝粉火焰传播特性试验研究

为探索不同粒径铝粉火焰结构及其传播特性,用一竖直粉尘燃烧管道试验装置进行铝粉燃烧试验。借助高速摄像设备,观察不同粒径铝粉的火焰形态。利用微细热电偶记录铝粉火焰温度变化。分析不同粒径铝粉火焰的传播速度与铝粉火焰最高温度的关系。结果表明,铝粉粒径越小,火焰越平滑,燃烧越充分、越剧烈,火焰传播速度增长越快;铝粉火焰传播速度和火焰最高温度均与其粒径成反比。     

核电站浸渍活性炭阴燃蔓延特性的实验研究

碘吸附器内的核级浸渍活性炭是核电站主要火灾荷载之一,首先通过热重实验与分析,确定了核级浸渍活性炭阴燃前锋温度为350℃,获得了活化能为48.6 kJ/mol。继而基于自主设计的圆柱型活性炭填充床阴燃模拟实验台,在无强迫气流条件下,针对上表面中心引燃条件下的核级浸渍活性炭横向与纵向阴燃蔓延特性进行了实验研究。填充床径向截面温度场重构结果表明,核级浸渍活性炭在高温点热源作用下,易形成快速发展的阴燃蔓延燃烧过程。其中,横向蔓延燃烧速度达3.6 mm/min,明显快于纵向蔓延速度的0.5 mm/min。此外,内部温度场动态演化过程表明,浸渍活性炭向下蔓延燃烧过程中,将在其中部区域形成不断扩大的高温燃烧区,局部温度高于700℃,而此时其上表面温度却相对降低,易掩盖内部的危险区域。