不同外热部位下18650型锂离子电池热失控研究

为探究不同外热部位对18650型锂离子电池热失控特性的影响,通过自主设计的试验平台对电荷量为100%的18650型锂离子电池开展不同外热部位下热失控试验,探讨不同部位外热源对电池热失控行为过程、热失控响应时间、温度特性、电池破裂部位的影响。结果表明:在相同热源功率条件下,外热源位置对电池热失控过程中初爆与二次燃爆间的时间间隔存在影响,顶部加热时安全阀打开瞬间便发生二次燃爆,底部和中部加热工况下,时间间隔分别延迟至18 s和40 s;中部加热时池体温升速率最慢,为0.873℃/s,分别为顶部和底部加热时的77.5%和77.8%;中部加热时热失控响应时间最长达290 s,顶部和底部加热时分别缩短12.4%和30.0%;顶部和底部加热时,热失控破裂部位集中于顶部"褶皱处"和底部防爆阀,但在中部加热工况下,电池发生破裂部位的随机性增加,其外壳破坏程度也有增加。     

间歇式反应器热失控情景研究:以酯化反应为例

为预防间歇式反应器热失控风险,以恒温间歇式丙酸异丙酯合成反应为原型,利用反应量热仪(RC1e)获得不同冷却温度下反应放热特性及热动力学参数,并对计算流体力学(CFD)软件Fluent模拟结果进行试验验证。基于经验证的CFD耦合模型,对反应过程中搅拌和冷却失控情景进行模拟分析,分别从搅拌转速、冷却温度以及冷却流速失控3方面,研究失控情景对反应温升的影响。结果表明:反应温升对不同失控情景存在参数敏感性,其中冷却流速对反应温升影响较大,较低的入口冷却流速直接促使局部换热死区的形成,使失控时间相对标准工况提前近1/5,温度提高近22℃;以反应失控判据Chaos准则为警报标准,确定反应器最佳温度探测器应安装在反应液系内部远离冷却入口且靠近液面1/3处及以上的位置。     

过氧丙酸分解反应的失控泄放特性研究

为研究过氧丙酸分解反应的失控泄放特性,利用泄放模式实验装置对过氧丙酸在不同泄放口径和泄放压力下的顶部和底部的泄放过程进行了试验模拟,得到了过氧丙酸的失控特性参数和不同条件下的泄放特征。结果表明:过氧丙酸失控反应泄放易出现二次峰值现象,初次峰值为气相泄放,二次峰值为气液两相泄放;二次峰值的出现取决于泄放口径及泄放时的物料温度,与泄放压力无关;恒压泄放容易出现非平衡泄放,导致较高最大累积压力和较高的釜内物料温度;底部泄放能够使釜内物料快速排空。     

醋酸乙烯聚合体系热失控风险评估及失控抑制

为实现对醋酸乙烯(VAC)聚合反应热失控行为的风险评估及紧急抑制,采用VSP2绝热量热仪对醋酸乙烯聚合反应体系在不同危险场景条件下的热失控过程和失控抑制进行试验模拟。依据苏黎世危险性分析法(ZHA)中的失控反应严重度评估判据,评估醋酸乙烯聚合反应的热失控风险程度,提出紧急情况下抑制剂的加入时间及加入量。结果表明,醋酸乙烯聚合反应失控后绝热温升(ΔT_(ad))超过100℃,最大反应速率到达时间(TMRad)约为10 min,其热失控风险程度仅次于不可接受水平。聚合体系温度不高于73℃时,通过加入不低于参与聚合反应的醋酸乙烯质量20%的常温溶剂,可有效阻止失控反应发生。     

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。     

锂离子电池组热失控蔓延热传递机制的影响研究

分析通风和电池组数量对电池组热失控发展蔓延热传递机制的影响。选择荷电状态(SOC)为100%的镍钴锰(NCM523)三元锂离子动力电池组作为研究对象,改变电池组底部外加热源的热流量和加热时间,利用多物理场仿真软件COMSOL,进行热滥用导致不同风速通风环境和不同电池数量电池组热失控过程的模拟。结果表明:随着风速不断增大,电池组和周围环境的对流换热损失增强,电池组热失控蔓延进程受到了有效抑制。受热传导模式的影响,电池组数量和排列方式不同,电池组热失控蔓延的路线不同。越靠近外部热源的电池,触发热失控越早,触发热失控的起始温度越高;电池组所含电池数量越多,触发电池组热失控所需的热流量越大,但第一块电池热失控以后,后续电池触发热失控的时间间隔急剧缩短,电池组热失控后果的严重度增加。     

无火源施放后超细微粒灭火剂运动特性研究

超细微粒灭火剂施放后的运动过程直接影响其灭火效果。通过数值模拟及试验研究灭火剂微粒施放后的流动、扩散和沉降等运动特性。模拟结果表明,灭火剂微粒施放后,向下运动到灭火室底部并撞击后向侧壁运动,随后向顶部运动,易在壁面及壁面底角处聚集。试验表明,微粒的运动分喷射运动和沉降扩散2个过程。前者微粒在驱动气流作用下在灭火室顶部、底部及墙壁处积聚,浓度较高。后者微粒主要受重力作用发生沉降,并在湍流气流作用下进行无规则扩散运动,导致灭火室顶部浓度最低;在灭火室垂直方向的一半高度处,浓度较高但波动剧烈;在灭火室底部,当喷射结束后有一个短暂的浓度低谷,随着微粒发生沉降,浓度逐渐升高。喷射压力对灭火剂的运动及浓度分布影响很大,压力过高或过低都会影响灭火剂微粒的全淹没灭火效果。根据试验结果,喷射压力为1.0 MPa时灭火效果较好。     

模组箱体空间内磷酸铁锂电池热失控及其传播行为研究

为了探究储能用锂离子电池在真实应用场景下的热失控及其传播行为特征,选用86Ah方形磷酸铁锂(LiFePO4)电池,对其在热滥用触发方式下的热失控行为及模组箱体空间与开放空间中的传播行为规律进行了实验研究。单体实验结果表明,电池热失控产生的高温烟气会导致模组箱体内沿高度方向出现明显温度梯度,模组底部与顶部温度测点的最大温差达118.4 ℃。传播实验结果表明,模组箱体空间内热失控电池通过产气及喷出高温电解液向其他电池传热,在热失控电池影响下,模组箱体空间内3块电池上表面所能达到的最高温度均高于开放空间实验12 ℃~150 ℃,模组空间内热失控电池向同侧两块电池的传热量高于开放空间实验225 kJ和44.4 kJ。但箱体环境中有限的氧气供给会减缓电池在热失控时的内部放热反应进程,模组箱体空间实验中电池热失控峰值温度较开放空间实验低33 ℃~145 ℃,并且模组箱体空间实验中热失控完全传播所用时间较开放空间实验滞后213 s。研究结果对于锂离子电池模组的安全设计和热失控传播阻隔具有一定的参考价值与指导意义。     

硝酸-苯乙烯混合体系的热失控特性与机制

硝酸氧化是粗苯乙烯脱色精制的关键技术,采用C600热扫描仪、VSP2绝热量热仪、ReactIR原位红外光谱(FTIR)仪等测试装备,结合ReaxFF分子动力学模拟方法,研究反应体系的热稳定性、绝热失控特性、失控动力学与失控引发机制。结果表明:苯乙烯自聚失控自加速起始温度(θ_0)为132℃,绝热温升(Δθ_(ad))为209℃,最高失控压力(P_(max))为1.2 MPa,表观活化能(Ea)为131.3 kJ/mol,反应级数(n)为3.6。体系中含有硝酸时失控过程分为2段,第1阶段为苯乙烯侧链氧化反应,θ_0为51℃,Δθ_(ad)为70℃,Ea为71.3 kJ/mol,n为0.3;第2阶段为苯乙烯自聚失控,θ_0为131℃,Δθ_(ad)为152℃,P_(max)为2.1 MPa。在工业生产过程中应严格控制脱色反应硝酸的配比、降低反应温度,避免硝化、氧化等副反应的发生。     

超大空间空气流动的数值分析

利用计算流体力学专业软件umoni 2.0对超大空间的空气流动过程进行数值模拟,分析了速度场、温度场和压力场分布规律以及送风温度和送风速度对超大空间空气流动的影响.研究发现,超大空间进风口压力为负压,并以辐射状向周围负压递增,中间区域达到最大负压,在底部中间处出现正压.进风口温度最低,并沿着射流方向递增.墙壁及超大空间底部温度明显低于中部及顶部温度,但高于进风口温度,中部和顶部温度变化不明显.进风口速度明显大于其他区域速度,且沿射流方向递减,中部回流区有两个较大的涡流.当送风速度变大或送风温度减小时,底部温度可达较低温度,制冷效果明显;而送风温度与送风速度变化对超大空间的压力分布几乎没有影响.     

乙酸酐水解反应热风险分析研究

近年来我国发生的数起重大火灾、爆炸等事故中大部分是由化学物质引起,主要是由于在生产过程或是运输、储存过程中热量过多积聚。针对热失控问题进行风险分析研究,首先简要概述了化工工艺的热安全研究进展,然后从搅拌速率、滴加速率、温度等角度对乙酸酐水解反应的放热特性进行实验分析研究,并进行了热危险性评估。结果表明温度对反应过程产生较大影响,最佳水解温度是50℃,乙酸酐的表观活化能是56.08 kJ/mol,反应过程热危险性低,正常操作条件下不造成热失控。     

飞机撞击安全壳燃油泄漏燃烧数值模拟研究

为研究飞机撞击核电厂安全壳后引发燃烧对安全壳的影响,采用Fluent模拟了航空煤油替代燃料在安全壳内部和外部的燃烧过程,分析了安全壳不同位置处的火焰温度变化情况。结果表明,在开始阶段,燃油泄漏时间比较短,燃油缓慢蒸发汽化,燃烧发展过程以扩散蔓延为主,高温区域主要分布在安全壳侧壁面和底面。随着时间推移,液面蒸发速度加快,火焰高度呈现纵向发展的态势,最后在顶部形成较为均匀的温度场。安全壳内部燃烧最高温度可以达到2 229 K,外部燃烧最高温度为1 308 K。此外,撞击位置越高,安全壳顶部会越早出现高温区域,而较低位置处由于液池的堆积缓慢,燃油蒸发速率低,温度上升相对较慢。区别于内部燃烧,外部燃烧火焰不会波及安全壳顶部中心位置。     

双氧水热失控时的泄放面积评估

为了保证50％双氧水热失控时在储罐中的安全泄放,利用VSP2(Vent Sizing Package 2)模拟了50％双氧水在带放空测试池中绝热条件下的热失控过程,得到了过程的温度、压力、温升速率变化情况,利用DIERS通用方法计算了50％双氧水安全泄放所需的放空口面积,得到了放空口面积的计算公式.结果表明,储罐设置足够的放空口面积可保证双氧水的安全泄放,在充装系数为0.8时所需的放空面积为0.005 2 V/m.     

垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮试验研究

为了研究厌氧-微氧-好氧系统对垃圾渗滤液厌氧出水高效生物脱氮性能,基于短程硝化反硝化技术,设置5个阶段分析DO质量浓度(0. 2～1. 5 mg/L)、进水C/N(4～8)和亚硝化液回流比(300%～1 500%)对系统的影响,同时,通过快速提高进水NH_4~+-N负荷进一步研究反应器抗负荷冲击能力。结果表明,微氧区添加5 mmol/L KClO_3,能够快速提升系统亚硝化率;微氧区DO质量浓度保持0. 5～1. 0mg/L,亚硝化率高于90%。提高进水C/N和亚硝化液回流比(R)有利于反硝化过程充分进行,好氧池的设置能够使系统保持较高的COD和NH_4~+-N去除率,整个过程系统COD、NH_4~+-N和TN的平均去除率分别达89. 2%、98. 6%和82. 3%。此外,系统在短期负荷冲击下污染物去除率降低,当进水NH_4~+-N负荷快速提升时,TN去除率由90%下降到76%。然而,经过10 d的恢复期,系统可以恢复到原来的状态,并具有较高的性能。     

相变材料填充率影响锂电池组热失控传播特性的实验研究

复合相变材料(PCM)应用于锂电池组的热管理是当前研究的热点。然而,PCM对锂电池组热失控传播特性的影响规律仍不甚明晰。实验研究了不同PCM填充率对锂电池组的影响,分析其热失控触发时间、最高温度、质量损失和热释放速率等参数变化规律。结果发现,添加PCM后,电池表面温度、CO和SO2浓度均出现了不同程度的降低,但对热释放速率没有明显的影响。PCM填充率为0%和10%的电池组均发生了热失控传播,而30%、50%、100%的PCM填充率能有效阻隔热失控传播的发生。     

自然通风条件下隧道火灾动态监测仿真分析

为了降低隧道火灾事故影响,如何动态监测隧道火灾的情况是需要解决的关键性问题。通过FDS场模拟软件建立隧道火灾模型,模拟小型货车车厢位于隧道中部着火的隧道火灾情况。分析火源近场的火源功率及隧道顶部温度变化,探测温度场分布动态变化相关性规律。结果表明：火源功率前200 s内处于稳定阶段,1 000 s左右达到最大火源功率。隧道顶部温度整体趋势先升后降,热烟气呈现加速状态,温度变化曲线缓步上升。火源近场隧道顶部温度变化曲线与热释放速率曲线趋于一致,可根据隧道顶部温度变化曲线监测近场火源的动态变化。近场4处测点在12 min内处于临界高程和温度之内,此时火灾扑救人员相对安全,灭火可在此范围内采取内攻方式,为消防救援提供一定参考。     

低压环境下新型清洁灭火剂抑灭锂离子电池火试验

为研究可替代哈龙的新型气体灭火剂2-溴-3,3,3三氟丙烯(2-BTP)抑制和扑灭航空货运锂离子电池火的有效性,基于动压变温试验舱和灭火系统开展试验。在80k Pa、60 k Pa和40 k Pa低压环境下对100%电量的21700锂离子电池用加热棒进行加热并引发其热失控,同时启动灭火系统释放灭火剂。在试验过程中实时采集记录锂离子电池的温度、热失控现象,以及舱内环境空气中CO体积分数的变化。结果表明,2-BTP灭火剂在低压环境下能有效扑灭锂离子电池火且无复燃,减少CO的生成量,同时能够抑制相邻锂离子电池间的热传播,从而阻止连锁热失控。     

机械式立体停车库中巷道防火分隔效果研究

使用火灾CFD模拟软件Fire Dynamic Simulator(FDS)建立某机械式立体停车库的火灾动力学模型,研究停车库内巷道的防火分隔作用和巷道顶部的排烟窗对烟气的控制情况。确定了此机械立体停车库的火灾发生概率为0.00786起/年,并调研了车库汽车火灾的热释放速率模型。根据模拟结果,当巷道一侧一辆车着火后,巷道另一侧车辆受到的辐射热流密度为0.6kW/m2~2.0kW/m2,不会引燃巷道另一侧车辆,利用巷道空间作为防火分隔措施是可行的。巷道顶部自然排烟百叶对于控制烟气有着显著作用,在顶层距地面10m高度处,500s时仅起火停车单元及其对面停车单元能见度低于10m,而未开设排烟窗时整个车库能见度均降至10m以下,局部区域在2m以下。     

隧道内燃料电池机车氢气泄漏扩散特性分析

氢燃料电池动力系统应用于轨道车辆,替代传统内燃机或弓网受流系统,能显著降低建设投资,并具有高效率、无污染、零碳排放、低噪音等优势。然而由于氢气（H₂）易燃易爆,一旦泄漏,会威胁到人或财产安全,特别在狭小封闭或半封闭空间,空间受限不利于H₂扩散会加剧H₂聚集,因此氢燃料电池机车的广泛推广需要深入分析其安全性。对不同泄漏位置情况下的H₂在隧道内泄漏扩散特性进行数值模拟,研究不同泄漏工况下H₂浓度分布随时变规律,结果显示：在泄漏初始阶段,上部泄漏时受实际气流组织和自身浮力的影响,泄漏后H₂沿隧道顶部向下游方向进行扩散,可燃气体云的轮廓变大,危险区域存在于隧道顶部;下部泄漏时,气体沿列车底部扩散,危险区域存在于隧道底部。研究结果对促进氢燃料电池机车应用推广具有参考意义。     

油田高浓度含油污泥热馏油回收工艺研究

利用研制的热馏处理反应装置处理油田产生的高浓度含油污泥,回收其中的轻质石油烃类,分析了该工况下影响含油污泥轻质油回收率的主要因素.结果表明,在该装置中,石油烃类回收效率达到60%以上,油泥总体积减小70%;控制加热温度及速率、调整搅拌强度与催化剂投加量是决定油回收量及油品状况的参数,理想的条件参数为:搅拌速率60 r/min以上,反应温度600℃以下,反应釜升温速率2℃/min,催化剂投加量4%.对回收油品进行分析,表明该油品性质指标除碘值和酸度同国家柴油标准有差别外,其余指标均符合国家0#柴油标准.