庚烷池火多火源燃烧特性的实验研究

多火源燃烧是森林火灾和城市群发性火灾中重要而又特殊的火灾现象,相关研究很少。通过恒定控制液面高度的实验系统,对直径0.1m、0.2m和0.4m的庚烷池火在单个火源、两火源燃烧和三火源线性排列时的火焰高度、火焰体积和燃烧速率等特性进行了实验研究。研究发现,三火源燃烧时中间火源的火焰高度、火焰体积和燃烧速率明显高于两火源燃烧和单火源燃烧,三火源燃烧时边上火源与两火源的燃烧状况难以区分。这些燃烧特性随着火源间距的减小,呈现增大趋势。热量反馈增强和空气卷吸受限这两种火源相互作用机制相互耦合,且随着火源间距的减小而增强,在S/D（S为火源间距,D为油池直径）为2～4时,两种机制强烈竞争,在其他参数范围内热量反馈增强效应占主导作用。研究还发现火焰体积与热释放速率有较好的线性相关关系,单位火焰体积的热释放速率约为1614kW/m3。     

100号航空汽油池火燃烧特性试验研究

从燃烧速率及热释放速率、火焰脉动特征、热辐射特性等方面研究了100号航空汽油池火的燃烧特性.通过电子天平实时采集数据并进行处理得到池火燃烧速率,利用全尺寸热释放速率测量系统测量池火热释放速率,通过图像处理技术对池火脉动特征进行分析,通过在火焰一定距离处布置热流计得到池火热辐射特性相关参数.结果表明:100号航空汽油池火稳定燃烧速率大于普通汽油燃烧速率,最大燃烧速率和衰减因子均大于普通汽油参数值;小尺寸池火热释放速率不稳定,随着油池尺寸的增大,热释放速率稳定性增强;池火火焰周期性脉动现象非常明显,脉动频率试验值与Pagni公式预测值接近;在油池液面高度产生的辐射强度随着无量纲距离L/D的增大呈指数衰减,拟合得到的曲线公式所对应参数值与油盘等效直径呈线性关系,通过此关系得到100号航空汽油池火热辐射统一方程.     

建筑火灾顶棚射流的数值模拟及火焰扩展长度处理方法

探讨了建筑火灾数值模拟中常用的火焰区域获取方法及其优缺点。通过火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)对建筑火灾中的顶棚射流现象进行了模拟计算，其中考虑了不同火源热释放速率与不同火源距顶棚高度等条件的影响。分别采用连续图像法和温度阈值法获取了数值模拟中顶棚射流火焰扩展长度的数据，并与文献中基于试验建立的火焰扩展长度预测模进行了对比。结果表明：通过温度阈值法获取的火焰扩展长度数据受阈值取值的影响较大。通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据可以较好地反映出火焰扩展在不同火源热释放速率及不同火源距顶棚高度等条件下的动态变化情况，与前人建立的火焰扩展长度预测模型之间的吻合较好，表明通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据较为准确。建筑火灾数值模拟中的火焰扩展长度可通过基于单位体积热释放速率的连续火焰图像获取。研究结论可为建筑火灾数值模拟中火焰燃烧区域的确定提供参考。     

基于机器学习的热释放速率实时预测方法

火灾态势的实时感知对提升消防救援指挥与决策水平有非常重要的意义。为实现火源热释放速率的实时预测,通过丙烷气体燃烧实验获取火焰体积和高度的实时数据,选取MATLAB中精细高斯SVM做分类训练,建立了基于图像处理的热释放速率预测模型。结果表明,训练完成后的模型可以根据3 s内的火焰体积/高度数据预测得到实时的燃料流量,获取相应的火源热释放速率。该预测模型在已知数据集和未知数据集上都表现出了较高的准确性,为火灾态势发展预测提供了理论和技术基础,有很好的应用前景。     

试样宽度对EPDM卷材竖直火蔓延的影响

以2.0 mm厚三元乙丙橡胶(EPDM)防水卷材为研究对象,在ISO 9705全尺寸热释放速率试验台上进行竖直壁面火蔓延试验,研究了不同试样宽度条件下热释放速率、热通量及其与火焰高度的关系.结果表明,热释放速率峰值随着宽度的增加呈非线性变化.当试样宽度小于25 cm时,试样火焰高度和竖直火蔓延平均速度随宽度的增加而增大; 宽度大于25 cm时,横向火蔓延明显,火焰高度和竖直火蔓延平均速度随其增加而减小.25 cm可以看作该厚度下的试样临界宽度.由热释放速率与火焰高度关系式Xf/W=α(Q)'n得到的7种工况的n值近似为1.08,得出热通量(Q)与X/Xf的关系曲线.     

黄磷燃烧特性实验研究与理论分析

基于黄磷燃烧特性实验,对黄磷燃烧的动力学现象进行了实验研究和理论分析。通过观察不同燃烧表面积的黄磷燃烧动力学现象,获得了黄磷的燃烧特性参数,并利用池火模型对黄磷燃烧实验进行了理论分析。研究结果表明：固定表面积的黄磷燃烧时,黄磷的质量损失速率可近似视为某一恒定值,黄磷的质量损失速率与燃烧表面积有关。黄磷燃烧实验火焰最高温度约为1000℃,火焰高度与燃烧表面积有关。池火模型可以对黄磷的燃烧特性参数进行预测和分析,池火模型所预测的火焰高度与实验数据基本相吻合,相对误差小于7％。     

不同边沿高度油池火燃烧行为的实验和数值模拟研究

采用实验和FDS数值模拟相结合的方法,探讨了边沿高度对油池火燃烧特性的影响。在实验部分,研究了燃烧速率和表观火焰高度随边沿高度的变化趋势,并分别分析了各个阶段的热反馈机制。在实验获得不同尺度、边沿高度正庚烷油池火燃烧速率的前提下,建立相应尺度的不同边沿高度油池火的Fire Dynamics Simulator(FDS)计算模型以针对火焰高度进行了数值模拟研究,分析了实际火焰高度、火焰下探高度随边沿高度的变化趋势,并提出了相关的无量纲拟合式。     

氧化铁粒径对固体推进剂火焰特征参数影响的试验研究

针对5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂在实际应用中存在的推进剂火焰偏大、容易在灭火装置喷口处形成外喷火焰的问题,选用了微米氧化铁和纳米氧化铁作为催化剂,分别从火焰形态、质量损失速率、热释放速率、无量纲火焰高度模型几个角度开展研究,对比了两种不同粒径的氧化铁对5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂燃烧火焰的优化效果。根据燃烧试验结果,发现不论是富氧燃烧还是贫氧燃烧,在降低推进剂燃烧时的火焰高度方面,微米氧化铁均明显优于纳米氧化铁;在提高质量损失速率方面,微米氧化铁的加速效果也要优于纳米氧化铁。基于传统的液态燃料油池火发展的火焰高度预测模型,将无量纲火焰高度与热释放速率的分析关系应用到固体推进剂燃烧领域,考虑使用无量纲火焰高度的分析方法,对固体推进剂燃烧过程中的火焰高度进行预测,建立了5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂的无量纲火焰高度模型,发现不含氧化铁和含有氧化铁的5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂燃烧时的火焰高度与热释放速率的n次方成正比,该无量纲拟合可以对固体推进剂火焰高度进行预测。最终,得出了微米氧化铁比纳米氧化铁更适合作为催化剂被用于5-氨基四氮唑/硝酸锶推进剂中,有利于提高固体推进式灭火装置的灭火效果。     

窗口溢流火燃烧试验与数值模拟研究

选取20 cm × 40 cm和60cm×30c m两个开口工况对窗口溢流火燃烧现象进行试验和模拟研究.试验台基于ISO 9705全尺寸热释放速率试验台搭建,包括燃烧小室、模拟外壁面、温度测量系统和气体分析系统.结果表明,燃烧状态受通风因子影响较大.蜂值热释放速率随通风因子的增大而增大,而达到峰值热释放速率的时间和燃烧持续时间呈相反的变化趋势.溢流火焰的壁而贴附效应与小室开口比率(宽高比)有关,宽开口火焰壁面结附效应比带开口明显.采用火灾动力模拟软件FDS(Fire Dynamics Simolator)对试验结果进 行数值模拟.模拟得到的热释放速率、溢流火焰温度分布、小室温度以及溢流火焰的壁面贴附效应与试验结果吻合较好.     

龙柏树冠火对相邻建筑的辐射特性研究

我国城市绿化覆盖率快速增长,带来了植被与建筑混合区域的火灾隐患。以常见城市绿化树种龙柏为研究对象,开展了单树树冠火对其相邻建筑的热辐射规律实验研究,测量了不同间距情况下建筑物一层和二层窗户位置的辐射热流密度,并在圆柱火焰模型的基础上,将圆柱火焰分为下层的稳定火焰区和上层的间歇火焰区,提出了分层圆柱火焰模型。结果表明,分层圆柱火焰模型可以准确描述树冠火辐射热流密度最大值随高度和距离的增加而递减的变化趋势。单一圆柱火焰模型理论的结果表明竖直方向上热流密度随高度变化不大,未能准确描述辐射热流密度竖向变化规律;分层圆柱火焰模型计算的辐射热流密度比单一圆柱火焰模型更符合实验结果,能更好地预测安全距离。     

基于图像处理的湍流轴对称火焰体积与表面积计算方法

基于"圆柱体法"思想设计出轴对称火焰的火焰体积和表面积计算公式,以25cm×25cm正庚烷油池火为例,采用灰度阈值法提取其火焰区域,进而计算轴对称火焰的体积和表面积,并讨论灰度阈值对火焰区域提取、火焰体积与表面积计算的影响。结果表明:本文所述方法可以简便地计算湍流轴对称火焰的火焰体积和表面积;火焰体积与表面积随灰度阈值增大而减小且灰度阈值变化对火焰体积的影响幅度约为对火焰表面积影响幅度的两倍。     

3m直径煤油池火灾火焰特性的数值研究

为了预测油池火灾的火焰特性,采用CFD模拟技术开展静风状态下3 m直径煤油液池的火灾场景模拟,探讨火焰温度、火焰羽流速度、辐射热通量、燃烧产物质量分数等油池火焰特性参数随高度的变化关系;并结合火焰形态分布,提出一种4区域模型,即将湍流扩散火焰划分为油气混合燃烧区、燃烧火焰区、烟尘区和热烟气区来分析燃烧气流在不同高度的实际物理化学特性。此外,通过经验公式和CFD模拟2种方法分别计算出3 m直径煤油池火灾的火焰高度、火焰表面的辐射通量及热辐射破坏半径,并对计算结果进行比较分析,结果表明:2种方法可互相补充完善,有助于池火灾的热辐射危害性评估。     

变压器油池火燃烧规律的实验研究*

为对变压器油池火灾进行准确有效的灭火，研究不同尺寸和不同厚度下变压器油的火灾动力学特征和基本燃烧特性，具体分析变压器油的燃烧过程和变压器油燃烧速率、火焰温度以及辐射热流随油池直径以及厚度的变化规律。结果表明:整个油品的燃烧过程分为预热燃烧阶段、稳定燃烧阶段和火焰熄灭阶段。对于厚度大于10 mm的油池燃烧，稳定阶段的燃烧速率与油层厚度无关，稳定阶段的燃烧速率随着油池直径的增加而增加。同时，变压器油火灾连续火焰区温度接近750 ℃。对于稳定燃烧阶段下的变压器油燃烧，基于辐射通量可得出在燃烧过程中，辐射热量占总燃烧热的占比约为1/3。研究结果可丰富变压器油燃烧的基础数据，为变压器火灾的灭火提供参考。     

可燃物填充比对火蔓延影响的实验研究

提出了一种可精确控制燃料床填充比的方法.以刨花为燃料,开展了可燃物填充比对火蔓延影响的系统性实验研究.分析了火焰长度、火焰倾斜角、火蔓延速率、质量损失速率和热流密度随填充比的变化规律.研究发现,随填充比增大,火焰长度逐渐减小,火焰倾斜角逐渐增加,导致火焰热辐射降低、火蔓延速率减小.当填充比小于0.06时,燃料消耗率接近...     

The study of burning behaviors and quantitative risk assessment for 0# diesel oil pool fires

The liquid fuel safety issues on fuel storage, transportation and processing have gained most attention because of the high fire risk. In this paper, some 0# diesel pool fire experiments with different diameters (0.2–1 m) were conducted with initial fuel thicknesses of 2 cm and 4 cm, respectively, to obtain liquid fuel combustion characteristics. Some key parameters including mass burning rate, flame height and the flame radiative heat flux, associated with fire risk, were investigated and determined. Subsequently, a detail quantitative risk assessment framework for 0# diesel pool fire is proposed based on the 0# diesel burning characteristics. In the framework, the probability of personal dead and the facility failure are calculated by the vulnerability models, respectively. In the end, 10 special tank fire scenarios were selected to show the whole risk calculation process. The tank diameter and the distance to pool fires were paid more attention in the cases. The safety distances in the cases are provided for the persons and nearby facilities, respectively. The paper enriches the basic experimental data and the provided framework is useful to the management of 0# diesel tank areas.     

飞火和热辐射耦合作用点燃松针的实验研究

飞火颗粒点燃和火焰辐射引燃是森林-城镇交界域火灾两种主要引燃方式。已有很多研究关注单种引燃方式,但缺乏二者耦合作用下的引燃机理研究。实验研究了热颗粒与热辐射耦合作用下松针燃料床的点燃行为,分析了热颗粒尺寸、温度及辐射热通量对点燃特性的影响。实验结果表明:热颗粒和热辐射耦合作用的点燃危险性远远高于热颗粒或者热辐射单独作用下的点燃危险性。耦合作用时,点燃概率随颗粒尺寸、温度和辐射热通量增大而增大,热颗粒临界点燃温度以及临界辐射热通量均随热颗粒尺寸增大而降低;阴燃向明火转变的点燃时间随辐射热通量增大而降低,但与颗粒状态呈现出较为复杂的关系。