辐射和倾角耦合作用下火蔓延行为特性

火蔓延行为决定了火灾发展规律及其后果,其行为特性常常受到多个参数的共同影响。为研究外部热源辐射和倾角对火蔓延行为的共同作用,开展了一系列不同外加辐射强度和倾角的木材(樟木)表面小尺寸火蔓延实验,测量了火蔓延过程中的关键特性参数,包括质量损失速率、火焰形态以及火蔓延速率。结果表明,质量损失速率、火焰面积和火蔓延速率都随着倾角和外加辐射强度的增加而增加,而且倾角越大外加辐射对试样质量损失速率的作用越明显。另外发现,倾角较小时,V_f~(-1/2)与辐射强度存在较好的线性关系,但是倾角较大时,该线性关系就不再满足。     

典型聚合物材料平行双板水平火蔓延规律研究

为了研究固体可燃物多火焰火蔓延规律及传热控制机理,开展了竖向水平排列的PMMA单一平板和平行双板火蔓延规律研究。基于水平火蔓延实验台,考虑平板尺寸、平行双板的竖直间距两个主要因素,分析此类条件下的火蔓延速度、火焰高度和火焰宽度等参数。实验研究发现,PMMA板水平火蔓延过程中,热解前锋呈V型,预热区长度随平板间距的增大先增大后减小。平行双板工况下,在研究考虑的间距范围内火焰始终保持合并,火蔓延速度、火焰高度及宽度明显大于单一平板,且均随间距的增加先增大后减小,三者峰值出现的位置与样件尺寸有关。上层PMMA板上下表面的辐射热流随间距的变化规律与火蔓延速度变化规律一致,因此推断辐射作用在平行双板水平火蔓延中起到主导作用。     

倾斜XPS板材向外多向耦合蔓延燃烧特性研究

为探究热塑性板材被点火源引燃后向四周火蔓延的行为特征,针对不同倾角的方形挤塑聚苯乙烯(XPS)泡沫板材,开展中心引燃后火焰向不同方向蔓延燃烧的试验,分析火蔓延状态、火蔓延速度和内部温度场随倾斜角度的变化关系。结果表明:XPS材料在受热时产生的收缩行为导致上方预热区接收热量变化,使得倾斜角度大的板材向上火蔓延更困难;当发生向上火蔓延时,蔓延速度随倾角的增大而增大,且速度远大于横向和向下火蔓延速度;向下火蔓延速度随倾斜角度的增大呈先降低后增大的趋势,横向火蔓延受板材倾角影响较小;当材料受热时温升剧烈,则易形成材料向该点处火蔓延,反之,材料受热出现显著收缩而温升较慢,则易熄灭。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素，利用COMSOL软件对火区进行数值模拟，建立巷道三维模型，得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件，分析火风压作用下，火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律，得出不同因素与临界风速的关系，为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时，巷道入口风速越低，火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部，随着风速增大，向巷道下部蔓延；风速较低时，在火区火风压的作用下，会产生烟流逆退现象，随着风速的增大，逆流层长度和厚度随之减小；巷道入口通风条件不变时，火区温度越高越容易产生烟流的逆退，影响范围越大；巷道高度越高、上行风坡度越小，越易发生逆退现象；不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系，其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象，影响范围较大；火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

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。     

垂直壁面火蔓延速率的实验测量

垂直壁面火蔓延过程受材料本身的热物理性质以及外加辐射等复杂因素条件的影响很大,论文研究建立了可测量不同材料存在外加辐射条件下的垂直方向火蔓延实验台,来研究典型可燃物的垂直方向火蔓延特性,观察不同材料之间火蔓延行为的不同,同时测定可燃物的火焰到达高度随时间的变化情况,得到相应的火焰蔓延速率。同时考虑外辐射情况下对不同材料垂直方向火蔓延过程的影响,实验数据可为进一步的模拟研究工作提供很好的参考。     

双火源条件下的XPS火蔓延速率研究

为研究挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)双火源火焰迁移规律,在不同间距(0.5cm~8cm)的情况下,进行了竖直和水平方向的系列实验。研究发现:火蔓延速率和质量损失速率均随间距先上升后缓慢下降;在竖直方向实验中,火蔓延速率极值点右偏移于质量损失极值点。基于双火源条件下所得到的热解区传热系数,计算出火蔓延速率,进而分析火蔓延速率计算式中对流项和辐射项,得出火蔓延速率随间距的变化主要受控于传热系数。依据此结论解释了火蔓延速率和质量损失趋势相似但两者极值点偏移不同的原因。     

不同通风条件下柴油池火的实验研究

为了分析不同通风条件对柴油池火燃烧特性及引燃特性的影响,进行205 mm带水垫层柴油池火的引燃实验,通过对池火燃料的质量损失速率、火焰高度、温度及热辐射等的监测,分析通风环境中柴油池火的热传递规律。结果表明:当风速为0.5 m/s时,火灾进入旺盛阶段的时间提前,火焰平均温度最高;当风速为1 m/s时,风速的增加导致油池火的质量损失速率增加,位于主火源下风向的待引燃火源获得的热辐射通量增大,火灾旺盛阶段火焰的平均温度降低,火焰高度降低,下风向相邻油盘引燃的时间提前;1 m/s情况下,205 mm带水垫层柴油池火的安全间距需增加到1D以上;通风环境对池火发展及蔓延的影响是显著的,应适当加大下风向可燃物的安全间距,合理选择通风排烟风速,优化火灾应急救援策略。     

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。     

基于FDS的风速对矿井火灾蔓延规律的影响研究*

为研究不同风速与火源功率共同作用下矿井火灾蔓延规律的变化,以安源煤矿378工作面为研究对象,建立FDS矿井巷道火灾全尺寸模型,设置火源功率分别为3,6 MW,风速分别为0.25,1.25,2.25,3.25 m/s的8种工况。研究结果表明:相同风速下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随火源功率增大而升高,巷道内能见度随火源功率增大而降低,且火源功率越大,能见度降到零的火灾区域越大;相同火源功率下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随着风速增加而升高,能见度随风速增加而降低;火灾蔓延速率与风速成正比,风速的增大加速下风向火灾的发展,但会减缓上风向火势的蔓延。     

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。     

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。     

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。     

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。