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。     

阴燃过程及其传播机理的分析与研究

本文对阴燃的两种模型－一维模型和多维模型,进行了深入研究。通过单向（正向和反向传播）一维模型和几种复杂多维模型的研究,详尽分析了维持阴燃的条件及影响阴燃传播的主要因素,并探讨了阴燃向有燃燃烧转变的条件。     

泥炭粒径对阴燃蔓延速率影响的实验研究

实验研究了自然对流下,不同颗粒粒径(1mm,1mm~2mm,2mm~3mm,3mm~4mm,4mm)的泥炭向下阴燃现象。通过测量泥炭阴燃内部温度,分析了泥炭颗粒粒径大小对泥炭阴燃峰值温度、峰值温度处阴燃蔓延速率、水分蒸发前锋(T=90℃)蔓延速率、泥炭热解前锋(T=312℃)蔓延速率和炭氧化前锋(T=421℃)蔓延速率的影响。实验结果表明:各颗粒粒径泥炭的阴燃峰值温度在510℃到710℃之间变化,平均峰值温度大小呈现随着粒径的增大而减小的趋势。除了粒径1mm的泥炭阴燃实验外,其他粒径的泥炭阴燃稳定蔓延阶段峰值处的蔓延速率随着粒径的增大而增大。实验发现粒径2mm泥炭阴燃蔓延速率随着粒径的增大而增大,而粒径3mm泥炭阴燃蔓延速率随着泥炭粒径的增大而减小,粒径2mm~3mm是一个界限值。     

自然对流下含水率突变锯末阴燃转明火的实验研究

多孔固体可燃物含水率不连续分布会对其阴燃过程产生影响,并可能会促进阴燃向明火转变。该文对自然对流条件下含水率突变的锯末材料阴燃转明火过程进行实验研究。实验样品前半部分保持干燥,后半部分含水率增加(干基含水率：11.83%～60.35%)。实验结果表明,当后半部分干基含水率小于19.30%时,阴燃能够自维持传播;当后半部分干基含水率在20.40%～51.69%之间时,阴燃蔓延过程中会在含水率突变处形成有利于气体积聚的空隙,并发生向明火的转变;当后半部分干基含水率大于53.57%时,不会发生转明火现象。固体内部温度和气体产物演化过程表明,含水率突变处发生阴燃转明火是高温、突变处形成的空隙和可燃气体积聚共同作用的结果。     

水平燃料床阴燃的传播及其向明火转捩的实验研究

本文研究了不同含水量的燃料床在不同风速下阴燃的传播速度，测量了不同含水量的燃料由阴燃转捩成明火的临界风速。实验结果表明燃料床的不同高度层阴燃发展传播的速度不同，正向阴燃和逆向阴燃的规律也不相同。阴燃转捩成明火的临界风速不但与燃料情况（如含水量等）有关，还与风速增加的规律有关。     

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。     

不连续和含水材料阴燃及向明火转化过程研究

聚氨酯泡沫材料是阴燃火灾中常见的可燃物之一,对变化的聚氨酯泡沫材料的阴燃过程进行了研究.材料变化主要包括连续材料前后部分含水率变化,以及不连续材料前后部分含水率变化.观测各次不同试样试验现象并用热电偶组记录内部的温度变化.结果显示,对于连续材料,当后部含水率小于7.4％时,阴燃稳定传播;后部含水率在10.3％-13.8％时,发生气相反应并形成明火;后部含水率为17.4％时,不能形成明火,后部含水率大于20.9％时,阴燃停止传播.对于不连续材料,在阴燃过程中不易出现明火,当含水率为17.4％时阴燃就会熄灭.材料热分析的TG和DSC数据可清楚显示阴燃反应的各个温度区间和特点.阴燃过程的传热分析也表明,莲续材料比不连续材料更有利于阴燃的传播和明火的形成.     

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。     

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。     

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。     

热颗粒和热辐射共同作用阴燃点燃松针燃料床：数值研究

建立了热颗粒和热辐射共同作用下阴燃点燃松针燃料床的二维数值模型,计算得到了热颗粒和热辐射单独点燃以及共同作用点燃的临界条件,分析了燃料床的点燃过程。与前人实验数据对比表明数值模型能够较好预测临界点燃条件。金属热颗粒单独作用时点火所需的临界温度与颗粒直径呈双曲线关系。金属热颗粒与热辐射共同作用时,临界辐射热通量呈现出随颗粒温度和直径的增加而显著减小的趋势。热辐射持续供热能有效维持表层炭氧化反应,两者共同作用下点燃危险性增加。研究同时发现,燃料含水率对共同作用下的临界辐射热通量有较大影响。     

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。     

An analytical model for predicting counterflow flame propagation through premixed dust micro particles with radiative heat loss

In this paper, an analytical model has been performed to scrutinize the structure of the flame propagation in counterflow configuration where the mixture of solid fuel particles and air are injected as opposed streams. The structure of counterflow premixed flame in a symmetric configuration, containing uniformly distributed volatile fuel particles, with nonunity Lewis number is examined with considering radiative heat loss effect in counterflow configuration with strain rate issue. The flame structure governing equations, required boundary conditions, and matching conditions are applied for each zone in order to solve the differential equations. The flame position is determined, mass fraction of solid particles and gaseous phases, effect of Lewis number change on the gaseous and solid fuel mass fraction distribution, and the role of strain rate, and different particle diameters are investigated with and without considering thermal radiation effect. In addition, the effect of equivalence ratio on the flame temperature, mixture temperate and non-dimensional flame position is investigated in counterflow flame propagation. According to our finding, the burning velocity of counterflow flame remarkably increases as a function of vaporization Damköhler number as well as non-dimensional vaporization temperature with considering thermal radiation effect in counterflow domain.     

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。     

Behaviour of smoldering fires during periodic refilling of wood pellets into silos

The evolution of smoldering fires in biomass stored in lab-scale silos with additional fuel material supplied repeatedly, has been studied. The direct effects of the added material on the sample are: cooling, enhanced thermal insulation, and facilitation of more intense combustion at a later stage. This article focuses on the cooling, which leads to an almost instantaneous reduction in the combustion rate. Surprisingly, this reduction does not vary only with the amount of material refilled – but also depends strongly on the stage of the smoldering process. This demonstrates that the underlying smoldering processes merely to a certain degree are regularized by the periodic refillings. Quantitatively, the functional relationship between the refilled amount and the change in combustion rate caused by the refilling was determined. The results displays four regimes, that reflect different stages of the smoldering process at the time of the refilling. Using the Arrhenius equation, we find for one of these regimes an expression for the ratio of combustion rates (immediately after to immediately before the refill) as function of the amount of added material. This expression contains only one free (undetermined) parameter. We determine the value of this parameter from the data and demonstrate that this value is consistent with a simple model for how the sudden cooling occurs spatially in the sample.     

Hazard analysis on LPG fireball of road tanker BLEVE based on CFD simulation

In order to research the hydrocarbon fireball characteristic of LPG tanker Boiled Liquid Evaporate Vapor Explosion (BLEVE) under different conditions, computational fluid dynamics (CFD) simulations of the hydrocarbon fireballs from the LPG tanker BLEVE accidents were carried out. Several new different factors, such as the mass of fuel, inlet velocity and airflow velocity, were considered to analyze the influence on the evolution of the characteristics of the fireball and the development of the LPG tanker BLEVE accidents. Results indicate that the fireball with a greater mass of fuel radiates more heat but slower. The large longitudinal diameter of the fireball and high radiation heat flux are observed in case of a faster inlet velocity used for the same mass. The airflow was found to shorten the initial phase of the fireball effectively. Some suggestions were proposed to prevent the LPG BLEVE accidents. Analysis performed show that various parameters like fireball diameter, radiative heat flux and lifting speed of fireball can be predicted well using FDS code.     

不同热辐射强度下秸秆燃烧特性实验研究

为了探讨秸秆在不同规模火灾中的燃烧特性,采用锥形量热仪测得秸秆点燃时间、热释放速率、一氧化碳产生率等参数进行模拟实验,结合热重分析法研究秸秆的热解过程。结果表明:随着辐射强度的升高,秸秆由阴燃向明火转化,热释放速率、烟释放速率随之加快,缩短了点燃时间并降低了CO等有毒气体排放速率。热重分析得到秸秆在各个温度段下的反应情况,解释了在不同辐射强度下秸秆点燃性能实验现象及其反应机理,为防止火灾事故发生提供了可靠的理论依据。