堆积密度对秸秆燃烧及蔓延特性实验研究

秸秆燃烧是造成森林火灾的重要原因之一,不仅会造成严重的空气污染,还会严重威胁人们的生命及财产安全。文章对秸秆燃烧过程中火焰火蔓延过程、质量损失速率、火焰高度进行了测量和分析。结果表明,秸秆燃烧蔓延过程可分为中心燃烧阶段、聚拢环火阶段、分离环火阶段和熄灭阶段。质量损失速率整体呈现“增加-峰值-下降”的趋势,且堆积密度与质量损失速率峰值呈现线性关系。秸秆阴燃时间随着堆积密度增大而增大,堆积密度与阴燃时间呈现二次函数关系。火焰高度变化趋势与秸秆质量损失速率变化趋势相同,火焰高度随着堆积密度增加而减小。     

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。     

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。     

负压隔离器内病毒空气传播影响因素的研究

病毒活性及病毒气溶胶粒径是病毒空气传播实验中的重要影响因素。病毒活性主要与环境温湿度有关。为了研究负压隔离器内颗粒粒径的影响因素,测量了实际运行工况下的两种粒径的颗粒浓度,并对不同换气次数、送风温度下颗粒浓度和粒径分布进行数值模拟。结果表明,不同粒径颗粒分布规律趋于一致;增加换气次数会导致气流旋涡区域颗粒浓度升高;随着换气次数的增加和送风温度的增大,颗粒平均粒径增大;减小换气次数能显著提高颗粒中0~0.01 mm粒径范围颗粒的占比。     

塔河油田集输管线20#钢在CO2/H2S环境中的腐蚀行为

为充分了解20#钢在塔河油田集输管线工况环境中的腐蚀行为,采用高温高压釜研究CO2/H2S分压比、温度和pH值对20#钢在CO2/H2S环境中的腐蚀规律的影响,并利用扫描电镜(SEM)分析腐蚀产物形貌特征。结果表明:CO2分压不变时,随着H2S分压的增加,20#钢的腐蚀速率先增大后减小,H2S分压为0.01 MPa时的腐蚀速率达到最大0.435 mm/a;随着温度的升高,20#钢的腐蚀速率逐渐增大,在100℃时腐蚀速率高达2.280 mm/a;CO2控制下20#钢的腐蚀速率随着pH值的增大而减小;H2S控制下20#钢的腐蚀速率随着pH值的增大而增大。     

中空结构可燃物竖直向上火蔓延特性实验研究*

为探究中空结构固体可燃物竖直向上火蔓延的特征规律,针对不同试样内径(d)的瓦楞纸圆管进行竖直向上的火蔓延实验研究,探讨试样内径对其竖直向上火蔓延特性的影响。结果表明:其火蔓延过程可以分为火焰发展、稳定蔓延和火焰衰弱3个阶段,蔓延过程中对流换热占据主导地位;平均火焰高度随d的增大先增大后略微减小,在d=70 mm时达到最大;火蔓延速率和质量损失速率均随d的增大而增大,并且质量损失速率与d存在较好的线性关系;火蔓延速率与热释放速率呈现出较好的幂次关系。可以发现在一定范围内,中空结构可燃物的内径越大其火灾危险性越高。     

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.     

基于升温速率的生物质三组分热解特性研究及动力学比较

为了研究升温速率对生物质三组分的热解特性影响，利用同步热分析-质谱联用仪(Thermogravimetry/Differential Scanning Calorimetry-Mass Spectrum, TG/DSC-MS)对不同升温速率(μ=1℃/min、5℃/min、10℃/min、20℃/min)下的热解试验进行分析，并采用Coats-Redfern法、Doyle法和分布活化能模型(Distribution of Activation Energy Model, DAEM)法对热解动力学参数进行计算与比较。结果显示：1)随升温速率增大，三组分生物炭产率减小，热解气和热解油产率增大。2)随升温速率增大，气体产物最大析出速率增大。其中，当升温速率为1℃/min时，气体产物析出速率变化不大。3)随升温速率增大，三组分热解失重率变化不大。4)随升温速率增大，DTG(Derivative Thermogravimetry)曲线最大失重峰右移，最大热解失重速率减小。5)随升温速率增大，纤维素DSC曲线最大吸热峰右移，峰值增大，吸热峰面积增大。此外，半纤维素和木质素最大放热峰右移，峰值增大，...     

室内多因素条件下香烟颗粒粒谱动态分布特征

烟颗粒粒径分布和浓度变化是探测香烟阴燃火灾初期的重要参数,研究香烟阴燃过程烟颗粒粒谱分布对火灾探测具有指导意义。实验通过在室内有风条件下展开,研究风速、位置、时间、烟源等因素对烟颗粒的粒径分布和形成规律的影响。结果表明:1随着时间的推移,GMD(Geometric Mean Diameter,几何平均直径)变大,烟颗粒数量浓度增加,但粒谱分布逐渐趋于稳定。2风速对颗粒粒谱形成的影响较为复杂,随着风速的增加,气流扰动加剧,烟颗粒浓度增加,GMD有减小的变化趋势。3在不同的位置,有风条件下烟颗粒随着气流迁移,最终在壁面处进行积累,离烟源越远位置,沿着风速方向浓度和GMD均变大。4烟颗粒的初始浓度也影响烟颗粒粒谱分布和运动特征,烟源数量越多,初始浓度越大,形成的烟颗粒浓度和GMD越大。     

吸气式管道尺寸及温差对烟颗粒输运的影响

在火灾标准燃烧室中,用扫描电迁移粒谱仪测量单孔采样的吸气管道内5种标准试验火烟雾颗粒浓度和粒径分布的变化,分析管道输运中管道参数对烟颗粒数目浓度损耗和中位径的影响.结果表明,在管道输运中,平均粒径相对较小的热解和阴燃烟雾颗粒.其小于0.1μm的超细颗粒部分的浓度损耗随管道长度的增加而增大,且烟颗粒平均粒径随管道增长而增大.而明火烟雾在管道输运中,由于管道与高温烟雾的温差增大,导致0.1～1 μm颗粒的管壁沉积损耗增大,使烟颗粒数浓度下降,中位径减小了几个纳米.火灾早期,火灾阴燃和热解期间小于0.1 μm的烟颗粒数目浓度占15%以上,因此,用较短的管道或者管道分级预警的方式可以减少滞留时间,提高极早期感烟探测的灵敏度.     

水平燃料填充床反向阴燃传播及其熄灭分析

根据单步反应机理(仅包括燃料的氧化),建立了一维非稳态燃料填充床反向阴燃的数学模型。通过简化模型参数及大活化能渐近分析,得出了定性描述燃料反向阴燃传播的两个方程。结果表明:随着空气流量的增大,阴燃温度是不断上升的,但由于受到反向空气风流的影响,阴燃温度的增长幅度是逐渐变小的;阴燃传播速度却呈现出先增大后减小直至熄灭的变化趋势。这种变化趋势与前人的实验结果相一致。通过定性分析得出:在气体流量为零的情况下,燃料仍然可以发生阴燃,而维持阴燃不断传播所需要的氧气量源于反应区域周围气体的扩散。此外,也分析了燃料特性参数(如密度、孔隙率、比热、导热系数及活化能)对燃料阴燃温度和阴燃速度传播的影响。     

不同粒径易自燃煤常温氧化实验研究*

为探究易自燃煤在常温条件下的氧化特性,自行设计煤常温封闭氧化实验装置,采用实验研究与回归分析2种方法,分析易自燃煤发生氧化反应的气体变化过程,探究3种粒径煤样在20 ℃有限空间内的耗氧与产气特征。结果表明:易自燃煤样在16 d常温封闭氧化过程中,容器内O2体积浓度呈指数衰减、CO和CO2体积浓度呈指数增长的变化规律;在0.06~0.83 mm范围内,粒径越大,易自燃煤耗氧速率越大,CO和CO2产生速率则先增大后减小;介于中间的粒径为0.13~0.25 mm易自燃煤氧化反应最强烈,更容易发生氧化。研究结果对揭示生产环境温度下煤粒粒径对煤自燃的影响有一定的意义。     

障碍物对油气-空气混合气体泄压爆炸火焰传播特性影响

为了研究障碍物对油气泄压爆炸火焰传播特性的影响规律,进行了不同数量障碍物工况下的对比实验,并利用纹影仪和高速摄影仪记录了火焰传播过程,针对障碍物对火焰形态、火焰锋面位置及火焰传播速度的影响规律进行了研究,结果表明:圆柱体障碍物会导致油气泄压爆炸火焰形态产生褶皱和弯曲变形,诱导层流火焰向湍流火焰转变,加速火焰的传播,对油气泄压爆炸火焰的初始传播形态有显著影响;随着障碍物数量的增多,火焰锋面传播距离点火端的最大距离增大,但到达最远距离的时间减少;障碍物能够增强火焰的传播速度,尤其对障碍物下游火焰影响最为显著,随着障碍物数量的增多,火焰传播的最大速度也随之增大,但达到最大火焰传播速度的时间却随之减少;障碍物的存在增大了油气泄压爆炸过程外部爆炸压力,并且随着障碍物数量的增多,外部爆炸压力峰值增长幅度增大。     

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。     

转炉烟气粉尘比电阻影响因素实验研究

实验研究了转炉烟气干法除尘系统不同位置粉尘的矿物组成、粒度分布及温度、湿度对粉尘比电阻的影响。研究结果表明,同一粉尘样品由室温加热到220℃,比电阻变化趋势都是先升高再降低,在150℃左右比电阻值最高;在低温区,粉尘粒径越大比电阻值越大,当比电阻值达到峰值后,粉尘粒径越小则比电阻值越大,且原始粉尘样品的比电阻值最小;转炉粉尘中含量较高的成分为CaO和Fe_2O_3,粉尘比电阻值随着CaO含量增加而增加,随着Fe_2O_3含量的增加而降低,且在含量变化相同的情况下,CaO对粉尘比电阻值增大的作用强于Fe_2O_3对比电阻值降低的作用;随着粉尘含水量的升高,粉尘比电阻值逐渐降低。     

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。     

聚氨酯泡沫材料阴燃发展过程的特性分析

分析对比了相同加热条件下的聚氨酯泡沫材料在有氧和无氧气氛下的升温过程,并对不同加热条件下的聚氨酯泡沫材料的阴燃传播速度进行研究.结果表明:沿着反应进行的方向,分离点的温度越来越低,不同热流条件下的温度分离曲线斜率在实验稳定发展段的变化规律表现得很相似,并在分离点出现后,有氧气氛中的该位置温度在短时间内急剧上升;在阴燃不稳定传播阶段时,热解前锋的速度小于氧化前锋的速度,在稳定传播阶段时,热解前锋速度与氧化前锋速度近乎相等.     

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。     

Investigations of flame front propagation between interconnected process vessels. Development of a new flame front propagation time prediction model

For the case where a dust or gas explosion can occur in a connected process vessel, it would be useful, for the purpose of designing protection measures and also for assessing the existing protection measures such as the correct placement, to have a tool to estimate the time for flame front propagation along the connecting pipe. Measurements of data from large-scale explosion tests in industrially relevant process vessels are reported. To determine the flame front propagation time, either a 1 m³ or a 4.25 m³ primary process vessel was connected via a pipe to a mechanically or pneumatically fed 9.4 m³ secondary silo. The explosion propagation started after ignition of a maize starch/air mixture in the primary vessel. No additional dust was present along the connecting pipe. Systematic investigations of the explosion data have shown a relationship between the flame front propagating time and the reduced explosion over-pressure of the primary explosion vessel for both vessel volumes. Furthermore, it was possible to validate this theory by using explosion data from previous investigations. Using the data, a flame front propagation time prediction model was developed which is applicable for:

• •gas and dust explosions up to a K value of 100 and 200 bar m s⁻¹, respectively, and a maximum reduced explosion over-pressure of up to 7 bar;
• •explosion vessel volumes of 0.5, 1, 4.25 and 9.4 m³, independent of whether they are closed or vented;
• •connecting pipes of pneumatic systems with diameters of 100–200 mm and an air velocity up to 30 m s⁻¹;
• •open ended pipes and pipes of interconnected vessels with a diameter equal to or greater than 100 mm;
• •lengths of connecting pipe of at least 2.5–7 m.