变坡度情况下森林地表上坡火行为若干特征的实验研究

应用自行研制的“多坡段固相材料火蔓延实验台”，模拟森林地表火的蔓延过程，对变坡度情况下森林地表上坡火行为规律进行了实验研究。研究发现，上坡火火焰随坡度的变化有三种火焰类型，即小坡度的缓慢燃烧，随坡度增加的火焰的抖动以及大坡度时的贴壁剧烈燃烧。     

木材在不同放置角度下火蔓延特性的实验研究

选用厚度为2 mm与3 mm的木材,研究了可碳化固体可燃物在静止氛围中不同角度下的火蔓延特性.研究表明,在不同角度范围内火蔓延经历着熄灭、稳定燃烧、加速燃烧以及快速燃烧等变化过程.对两种厚度的木材火蔓延行为对比分析发现,在自然对流条件下,两种厚度木材的火蔓延极限角度分别为-5°,5°.另外,研究了试样上下表面火焰参数与火蔓延速度之间的关系.在10°＜α＜60°范围内,火蔓延速度计算值与实验值能较好拟合.     

典型可燃物燃烧烟尘物化特性差异性研究

开展对典型可燃物燃烧烟尘的物化特性差异性研究,是全面了解烟尘信息的基础.基于可控条件下的燃烧试验,对典型可燃物燃烧烟尘物理特性和化学组分进行了分析.通过对比分析汽油燃烧烟尘、聚苯乙烯燃烧烟尘、ABS燃烧烟尘及柴油烟尘和正庚烷烟尘的透射电镜图片,对透射电镜图的紧凑性、复杂性及灰度值进行了深入分析,探讨了燃烧烟尘的物理差异性.利用固相微萃取-气质联用技术(SPME-GC-MS),对汽油燃烧烟尘、聚苯乙烯燃烧烟尘、ABS燃烧烟尘化学组分进行了分析和对比.通过燃烧烟尘的特征物质组分的分析,得到3种燃烧烟尘在特征物质的分布和出峰时间等方面的差异性.这些差异性可作为对烟尘来源及燃烧条件等因素判别的依据.     

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。     

通风状况对乳胶泡沫材料燃烧特性影响

设计小尺寸实验平台,研究不同通风管道风速对乳胶泡沫材料燃烧特性的影响。在不同风速条件下进行实验,获得材料表面温度分布、质量损失速率、火焰高度和火蔓延速率等特性参数。实验结果表明,在管道风速为0,1.5,3,4.5,6 m/s时,平均火焰蔓延速率分别为0.24,0.20,0.23,0.25,0.24 cm/s,最大质量损失速率分别为2.80,2.26,2.65,3.18,3.63 g/s。在有风条件下,随着风速的增加,火焰燃烧过程变得更加剧烈,最大质量损失率变大。实验样品的燃烧过程可以分为3个阶段:初始生长、完全燃烧和熄灭。最大火焰高度发生在燃烧过程的第2阶段,不同管道风速下的最大火焰高度分别为96.39,72.83,90.68,94.96,95.32 cm。     

基于桶式环形加热的阻燃电缆细观竖直燃烧特性研究实验平台的设计

针对阻燃电缆等难燃材料,为研究其在外界热源条件下的火灾性能与蔓延燃烧特性,研制了基于环形加热的阻燃电缆细观燃烧特性诊断实验平台。该平台主要包括三个部分,即:半封闭环形桶式加热与燃烧腔室、样品竖直固定模块和数据采集系统。实验参数的标定及典型阻燃电缆受热与燃烧实验结果表明,常规条件下无法点燃的阻燃电缆,当置于实验平台的加热炉内被加热一段时间后,底部小火源可将其点燃并呈现猛烈的燃烧与蔓延过程。该加热模块能够详细、准确地研究各种阻燃电缆在环形加热条件下的膨胀、引燃及蔓延燃烧的细观特性,而不同的加热模式有助于深入研究阻燃材料在各种热环境下的火灾特性,为阻燃材料的引燃机理及火蔓延模型研究提供了必要的研究平台。     

通风对综合管廊内电缆燃烧及火蔓延过程影响的数值模拟研究

综合管廊内电缆的火灾燃烧特性一直被国内外学者所关注,然而目前关于通风对电缆燃烧及火蔓延过程影响的研究相对较少。在通风系统的作用下,电缆内部及外部温度分布、热解气体浓度与无通风情况相比有很大的差异,电缆的燃烧及火蔓延过程将会更为复杂。为了研究通风作用下综合管廊内单根电缆的燃烧过程,采用FDS对15 kV交联聚乙烯绝缘铜芯电缆的火蔓延过程开展了数值模拟。通过分析不同风速条件下的电缆火焰形态、各层材料温度、火蔓延长度和热释放速率(HRR)曲线,详细研究了通风速度对综合管廊内单根电缆燃烧及火蔓延过程的影响。结果表明当通风速度不超过2 m/s时,通风能够促进电缆燃烧,电缆表面存在气相火焰,其火蔓延长度、热释放速率峰值等不断增加,此时综合管廊内火灾危险性不断增大;当风速大于等于3 m/s时,通风抑制了电缆燃烧,电缆的火蔓延长度、热释放速率峰值随之迅速降低,电缆PVC层、XLPE层温升的原因是线芯对绝缘材料的热传导,电缆的火灾危险性也随之减小。     

动力电池热失控引发电动汽车火灾的典型特征研究

为深入研究电动汽车火灾特点，基于电动汽车整车燃烧实验平台进行整车燃烧实验，探讨电动汽车动力电池热失控引发火灾的燃烧蔓延特征、烟气蔓延特征和典型痕迹特征。结果表明:热失控引发的电动汽车火灾燃烧过程由底盘向车头和车尾蔓延，烟气火焰通过底板处的空隙进入乘员舱，烟气浓度短时间内便可使车内乘员丧命；整车烧损痕迹呈现两头重中间轻的特征，电池模组及单体呈现向早期热失控模组或单体挤压变形的痕迹。     

电缆燃烧试验新旧标准的火灾动力学仿真对比分析

为了研究国家标准的变化对成束电缆燃烧试验的影响，使用FDS软件进行电缆燃烧性能的火灾动力学模拟研究。对新旧国家标准进行燃烧模拟，比较分析箱体温度、热释放速率（HRR）、电缆前后表面温度和烟密度仿真结果，考察新旧国家标准间的差异因素对燃烧的动力学过程的影响，根据模拟结果探讨新国家标准下电缆通过燃烧试验的难易程度和电缆的优化设计。研究结果表明:新标准对炭化高度要求更严格，故在保证电缆机械强度的前提下，为达到新标准中的B1级阻燃等级，应在旧标准A类阻燃的基础上增加电缆的阻燃效果，特别需要抑制火焰在电缆表面垂直蔓延的能力。     

两种含水率水稻堆垛的着火与蔓延燃烧特性实验研究

粮食安全事关国计民生,近年来粮仓火灾多发,对于粮食火灾安全的基础性研究,显得愈加迫切。基于自主设计的贯穿气流条件下的散粒堆垛引燃与蔓延燃烧特性研究实验平台,针对两种含水率水稻,在不同贯穿气流条件下,开展了引燃与内部蔓延燃烧特性研究。结果表明,水稻含水率对其燃烧特性具有重要影响,即,对于13%含水率水稻,采用高温电热细棒插入堆垛内进行引燃45 min,并未引燃;然而,对于3%含水率水稻,仅引燃4 min,堆垛即形成迅速剧烈蔓延燃烧,中心区域燃烧温度高达1 200 ℃,最大蔓延速度约0.8 cm/s,引燃前的最大升温速率约200 ℃/min。此外, 结果还表明,贯穿气流条件下,远离中心区域的四周水稻升温较慢且剩余一些最终未引燃,水稻堆垛内部主要呈向下且不断扩大的蔓延燃烧特征。最后,13%含水率水稻被灼热引火源作用结束后形成的碳化圈大小表明,机械通风气调作用对于灼热源的引燃作用具有一定的抑制作用。     

静止环境中可燃固体表面火蔓延特性的实验研究

本文通过模拟实验方法研究静止环境下可燃固体材料表面的火蔓延特性,应用火焰结构显示技术连续观察和记录了固体可燃物表面火蔓延的火行为,并利用温度示踪技术连续考察和分析了固体可燃物表面的火蔓延过程,同时研究分析了燃烧试样类型对火蔓延速率的影响,所得结查物理上合理。     

基于燃烧相互作用的PMMA相向火蔓延特性实验研究

为探究耦合燃烧作用对固体可燃物火蔓延的影响,开展基于燃烧相互作用的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate, PMMA)相向火蔓延特性实验研究。通过对不同宽度PMMA板进行相向火蔓延实验,获取火焰图像、温度场、质量损失速率等燃烧特性参数,分析相向火蔓延的过程特点与燃烧机理。研究结果表明：相向火蔓延过程中存在4个典型阶段,即快速发展阶段、相对稳定阶段、相互作用阶段、融合燃尽阶段;PMMA板宽度对相向火蔓延燃烧特性的影响较为显著,体现在热解区长度、相对稳定状态维持时间、质量损失速率等参数变化上。研究结果可为建筑物保温材料的火灾预防抑制提供参考。     

火焰沿斜面可燃固体板传播的数值模拟

本文采用数值模拟方法，详细研究了倾角对火焰沿斜面可燃固体板传播的影响；计算结果表明：随着可燃固体板的倾角增加，火焰在其上面的传播速率不断增大，这一结论对建筑物的火灾安全设计具有指导意义。     

Characterization of Ti powders mixed with TiO2 powders: Thermal and kinetic studies

The fire and explosion risks of metal powders admixed with solid inertants have been extensively investigated for many years. However, it remains unclear why such solid mixtures have high potential fire and explosion risk even when mixed with high percentages of non-combustible solids. This paper investigates how to interpret these risks, from a microscopic perspective, with thermal and kinetic parameters including initial ignition temperature, mass unit exothermic energy, activation energy and risk index of spontaneous combustion. The results show that the initial ignition temperature based on TG (Thermogravimetry) analysis is related to ignition sensitivity, and increased with percentage of admixed solid inertant. The unit mass exothermic energy based on DSC (Differential scanning calorimetry) analysis is related to flame spread velocity. Activation energy and the risk index of spontaneous combustion can be used to explain the reactivity and spontaneous combustion hazard, respectively, of metal powders. We conclude that thermal and kinetic parameters may provide another way to describe the fire and explosion risk of combustible powders, especially for nano metal powders due to the laboratory safety in the normative tests for explosion parameter determination.     

隧道混合燃料火灾燃烧蔓延特性实验研究

隧道火灾一直是火灾科学研究领域的重要问题之一。近年来,隧道火灾中由于燃油泄漏而引起的火蔓延现象是一个新兴的研究热点。利用小尺寸(1:10)的隧道火灾模拟实验平台,开展了薄油、窄油池机制下不同混合比例下正丁醇-柴油燃烧特性实验研究。结果表明,根据正丁醇比例,可将正丁醇-柴油混合燃料分为两类。当正丁醇比例不大于20%时,主火焰蔓延速度线性增大,闪燃火焰则由间断变为持续存在且波长由14.17 cm减小到8.42 cm;油面温升速率逐渐增大;当正丁醇比例大于20%时,主火焰蔓延速度接近正丁醇蔓延速度(3.33 cm/s),闪燃火焰持续存在且波长在8.3 cm左右;油面温升速率基本相同。研究结果为认识隧道混合燃料火灾燃烧特性提供了参考。     

环境氧浓度对可碳化固体可燃物表面火蔓延的影响

在顺流风速为7．5cm／s、氧浓度分别为正常大气氧浓度0．9，1．0，1．1，1．2，1．3，1．4，1．5倍的条件下，测量了3mm厚的白木表面水平火蔓延速率及其上方的温度场特性。实验中观察到，在本实验条件范围内当来流氧浓度小于正常大气氧浓度的0．8倍（绝对氧浓度为16．8％）时火蔓延不能自发维持。当来流氧浓度高于正常大气氧浓度的0．9倍（绝对氧浓度为18．9％）时，随着氧浓度的逐渐增加，火蔓延速率以二次指数形式在增加。另外随着氧浓度的增加，固体表面上方火焰前锋处的温度场也出现了变化，固体表面上方最高温度出现的位置随着氧浓度的增加向远离表面方向移动，并且高温区域随着氧浓度的增加而逐渐变大。     

N2和CO2抑制煤燃烧火焰特性对比试验研究

为了研究N_2和CO_2气体灭火剂在抑制煤明火燃烧特性方面的不同,通过搭建受限空间煤明火燃烧试验,分别开展了11.97%、16.81%、20.76%的N_2和10.79%、14.89%、20.32%的CO_2作用下煤明火燃烧抑制试验。鉴于火焰表面积变化与热释放速率变化呈正相关,基于火焰图像分析法开展试验研究。试验过程中,首先,通过数码摄像仪记录不同体积分数惰性气体作用下煤燃烧火焰面积的变化,然后利用Matlab软件进行火焰图像特征提取和"对比度增强"预处理,消除图像记录过程中存在的噪声,以便于有效进行火焰目标识别;其次,基于"阈值法"原理,利用Image-Pro Plus软件对预处理过的火焰目标进行识别和计算,进而实时获得试验过程中火焰表面积;最后,使用小波变换理论对火焰表面积变化曲线进行消噪处理,以获得火焰表面积变化趋势及主要波动信息。结果表明,CO_2比N_2具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力,CO_2作用下煤火火焰表面积呈现指数下降,而N_2作用下呈现直线下降,且CO_2的灭火时间比N_2缩短了25%以上。该试验结果明确了N_2和CO_2在熄灭煤明火特性上的不同,弥补了CO_2仅比N_2具有更好的抑爆特性的认识。     

Large eddy simulation of methane–air deflagration in an obstructed chamber using different combustion models

In this paper, simulations of methane–air deflagration inside a semi-confined chamber with three solid obstacles have been carried out with large eddy simulation (LES) technique. Three sub-grid scale (SGS) combustion models, including power-law flame wrinkling model by Charlette et al., turbulent flame speed closure (TFC) model, and eddy dissipation model (EDM), are applied. All numerical results have been compared to literature experimental data. It is found that the power-law flame wrinkling model by Charlette et al. is able to better predict the generated pressure and other flame features, such as flame structure, position, speed and acceleration against measured data. Based on the power-law flame wrinkling model, the flame–vortex interaction during the deflagration progress is also investigated. The results obtained have demonstrated that higher turbulence levels, induced by obstacles, wrinkle the flame and then increase its surface area, the burning rates and the flame speed.