高原乙醇油池火燃烧特性实验研究*

为研究低压条件下油品燃烧特性,以乙醇油池火为研究对象,搭建高原油池火实验平台,研究不同油盘直径下乙醇油池火燃烧规律,分析燃烧速率、火焰高度和火焰脉动等参数随时间的变化规律。研究结果表明:低压条件下的乙醇油池火,燃烧速率小于同等尺度常压条件下的油池火燃烧速率;乙醇油池火的燃烧速率随油盘直径增加变化不明显;火焰高度随油池直径增加呈现显著上升趋势,并拟合推导出适用于低压乙醇池火的火焰高度公式;火焰脉动频率随油池直径增大而减小,并给出火焰脉动与油池直径的经验公式。研究结果可丰富低压乙醇燃烧的油池火实验数据,为低压乙醇油池火的风险评估提供参考。     

正方形煤油池火燃烧特性研究

实验研究了无风条件下正方形煤油池火的燃烧特性，包括燃烧速率、火焰高度和火焰脉动频率等。正方形油池边长分别为0．2m，0．4m，0．6m，0．8m，油池壁面高度均为0．13m。利用图像处理技术分析了油池火火焰高度，并在此基础上建立了获取火焰脉动频率的两种方法。研究发现，油池壁面高度的存在使油池火的燃烧速率低于理论值；燃烧速率实验值与油池特征尺寸（d／L）呈单调递减关系；较小尺度油池的平均火焰高度与理论预测值比较接近，但较大尺度油池的平均火焰高度明显低于理论预测值；油池壁面的存在使油池火脉动频率低于理论值；随特征尺度（d／L）的增加火焰的脉动频率范围加大，脉动不稳定加剧。     

基于实验和数值模拟的画布类材料竖向火焰蔓延研究

为了更准确的预测和判断画布类材料的竖向着火过程,减少此类事故的发生,保障劳动者生命财产安全,根据Quintiere等人提出的热物理模型,推导出火焰沿竖向蔓延的数学规律。通过对画布材料的实验研究并与火灾动力学软件FDS数值模拟得出的结果进行比较,得出其在竖向燃烧的相关参数。重点研究了火焰形态、火焰高度、火蔓延速度、油画布表面温度、质量损失速率和热释放速率,得到了油画布的火灾增长系数为0.1228。实验表明,画布的竖向燃烧速度远远大于其在水平方向的速度,因此在全景画馆中的火灾危险性是非常突出的。     

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.     

多种气压条件下甲醇池火燃烧特性的实验研究

通过自行研制的低氧低压模拟试验箱开展了小尺寸甲醇油池火燃烧实验,研究了在多种气压条件(40kpa、45kpa、55kpa、65kpa、75kpa、85kpa、100kpa)下的油池火燃烧特性参数的差异。实验发现,一定情况下,甲醇燃烧速率随着气压的升高而升高,呈现幂函数关系;火焰高度和火焰面积从低压开始先随着气压值的升高而升高,当达到一定的气压值后就会随着气压值的升高而降低;随着气压升高,羽流中心温度下降的幅度变缓。     

不同直径食用油池火燃烧特性对比试验研究

为探究食用油火灾的预防、探测及灭火技术,开展不同直径食用油池火燃烧试验,测量食用油油层温度、火焰及火羽流温度、质量损失速率、以及火焰高度等参数,分析食用油池火的燃烧特性,包括其被加热-自燃-燃烧的引燃过程和油层温度、火焰及火羽流温度、质量损失速率的变化规律;分析食用油池火燃烧速率随油池直径变化的规律,并结合理论公式计算不同油池直径对应的热释放速率。结果表明:食用油池火最大燃烧速率约为2. 3 mm/min;油池直径分别为25、40、55、70和85 cm的食用油池火对应的热释放速率分别为20、60、190、375和551 k W。     

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。     

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。     

泄漏原油水面池火燃烧特性试验研究

为解决使用就地燃烧法(ISB)处理海面溢油时,燃烧效率低,除油效果不理想的问题,使用轻质原油在宽阔水面油池火试验装置中开展小尺度模拟试验。首先,设计宽阔水面油池火试验装置模拟就地燃烧处理过程;然后,测量火焰高度、系统温度和燃烧残渣质量;最后,研究不同油池直径和初始油层厚度下平均火焰高度的变化。结果表明:宽阔水面油池火的燃烧可以分为4个阶段;热波传递是沸溢产生的主要原因;燃烧效率与油层厚度呈正相关。     

火旋风的模拟实验研究

模拟火旋风的实验研究，应用热成像方法获得了火旋风温度场的结构，测量得到火旋风火焰特有的大高度直径比的物理现象；火焰高度比相同燃料，油液面积的油池火高度高，趱戏比油池火直径小。火旋风的切向速度比油池火大，卷吸效果好，可用这一特点来研究熄灭火旋风的火灾。对火旋风火灾机理的研究提出了一种有效的实验方法。     

油池边沿高度对池火燃烧特性影响的实验研究

研究了油池边沿高度(h)对池火燃烧特性的影响,开展了内径(d)为10 cm的不同h和不同油盘材料(石英、不锈钢、铝和铜)的正庚烷池火实验。结果表明,正庚烷池火的燃烧速率、火焰高度和脉动频率均随着边沿高度的增大而减小,且随着油盘材料的热导率增大,边沿高度的影响逐渐减弱。基于量纲分析分别修正了火焰高度和脉动频率模型,结果能够较好地符合实验值。     

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。     

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％。     

水平风对不同液位深度酒精池火火焰长度的影响

通过改变风速、液位深度的大小,研究边界条件变化对酒精池火火焰长度的影响。研究结果表明：在无量纲液位深度小于一定值时,酒精池火的火焰长度会随着风速的增加而增大,当无量纲液位深度较大时,油盘外部酒精池火的火焰长度基本为0。风速相同而液位深度不同时,酒精池火的火焰长度会随着液位深度的增大首先增大,而后逐渐减小。这主要是因为,液位深度较大时,燃料表面的供氧量降低导致燃烧效率降低,最终导致火焰长度的减小。     

多火源火旋风相互作用的实验研究

为研究多火源条件下火旋风的相互作用,利用四面边墙夹缝式实验装置对3种不同直径油盘形成的火旋风进行实验研究。由电子天平记录的燃料质量随时间变化曲线,得到准稳态阶段火旋风的质量燃烧速率;利用摄像机记录的火焰连续图像,获得火焰高度;基于实验现象及实验数据对质量燃烧速率、火焰高度和火焰形态的分析,提出多火源火旋风质量燃烧速率和火焰高度的半经验线性关系式。研究表明:大直径油盘形成的火旋风比小直径油盘更容易受到拖拽力和涡量的作用影响。     

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.     

乙二醇流淌火燃烧特性及围堵性能研究

为研究乙二醇流淌火燃烧蔓延特性,利用自行设计的流淌火试验平台,开展了乙二醇流淌火实体试验,研究了试验过程中火焰温度、前锋移动、火焰高度等典型参数变化规律。同时,为实现流淌火的有效蔓延控制,开发酚醛泡沫材料模拟乙二醇流淌火围堵处置,评价其围堵效能。结果表明:乙二醇流淌火燃烧速度缓慢,火焰温度低于池火温度;酚醛泡沫材料对可燃液体流淌火展现出较好耐火、阻隔作用,对液体危化品的泄漏围堵具有积极实践意义。     

插板对正庚烷油池火燃烧行为的影响研究

海上石油泄漏常规的处理方法是原位燃烧,加速其燃烧并使其燃尽是降低其对生态环境影响的重要措施之一。以正庚烷为燃料,在油池内插入竖直铝板,研究不同高度铝板对池火燃烧行为的影响。结果表明,插板对池火燃烧速率以及火焰高度具有明显的增强作用,随着板的高度的增加,增强作用先增大后减小,当H_p/D(板高与油池直径之比)为3.5时,增强作用最大。火焰高度、板的温度、热通量以及燃烧速率的变化趋势一致,它们的临界点均在H_p/D=3.5附近。插板后燃烧速率增大主要是因为插板自身的热传导导致了燃料的核态沸腾,使燃料接受的热反馈增大,从而加快了燃料的蒸发,增大了燃烧速率。