软质聚氨酯泡沫阴燃前期热解特性研究

采用DSC-TGA(差示扫描量热-热重分析)同步热分析仪对软质聚氨酯泡沫(聚氨酯软泡)在不同氧气体积分数(0、10％、30％、50％)和不同加热速率(10 K/min、20 K/min、50 K/min)下热解到800℃的过程及其对阴燃的影响进行了研究.结果表明,当氧气体积分数介于10％ ～ 50％时,聚氨酯软泡热失重DTG曲线只有1个峰;当氧气体积分数降低到10％时,DTG曲线开始逐渐分离为2个峰;当氧气体积分数降为0(即氮气气氛)时,DTG曲线已经明显分为2个峰.这表明氧气体积分数对聚氨酯软泡热解特性具有重要作用.氧气体积分数和加热速率降低均对聚氨酯软泡的热解有抑制作用,均能减小阴燃传播速率和向明火转化的可能性.加热速率降低主要是延长了聚氨酯软泡的热解周期,从而减小了热解可燃气体积分数和放热速率.氧气体积分数降低对聚氨酯软泡热解的影响相对复杂的多:当氧气体积分数从10％降低到0时,主要提高了聚氨酯软泡的分解温度,而对热解速率影响不大;当氧气体积分数介于10％～50％时,氧气体积分数减小主要会降低聚氨酯软泡的热解速率、放热速率和放热量而对热解温度影响相对不大.氧气体积分数和加热速率降低抑制了多元醇的分解,而多元醇是聚氨酯软泡维持阴燃或向明火转化的主要物质及能量来源.     

不连续和含水材料阴燃及向明火转化过程研究

聚氨酯泡沫材料是阴燃火灾中常见的可燃物之一,对变化的聚氨酯泡沫材料的阴燃过程进行了研究.材料变化主要包括连续材料前后部分含水率变化,以及不连续材料前后部分含水率变化.观测各次不同试样试验现象并用热电偶组记录内部的温度变化.结果显示,对于连续材料,当后部含水率小于7.4％时,阴燃稳定传播;后部含水率在10.3％-13.8％时,发生气相反应并形成明火;后部含水率为17.4％时,不能形成明火,后部含水率大于20.9％时,阴燃停止传播.对于不连续材料,在阴燃过程中不易出现明火,当含水率为17.4％时阴燃就会熄灭.材料热分析的TG和DSC数据可清楚显示阴燃反应的各个温度区间和特点.阴燃过程的传热分析也表明,莲续材料比不连续材料更有利于阴燃的传播和明火的形成.     

水分影响下阴燃传播及气相反应发生的研究

为了解阴燃传播及其反应状态发生变化的特点,采用一半干燥一半加湿的聚氨酯泡沫材料进行实验。在自然对流条件下,阴燃由下到上从干材料传播到湿材料。各次实验中阴燃在干材料部分都保持稳定传播,而湿材料部分所设计的含水率则从8.4%到21.7%。水分的吸热作用使阴燃状态随含水率大小发生极大的变化。在含水率较小时,阴燃仍能继续传播但温度和速度都有所下降;含水率稍大时,阴燃反应受到抑制,在内部有氧气剩余的情况下则会发生气相反应;当含水率进一步增大,阴燃就会熄灭。如果阴燃能传播到材料末端,外界的大量氧气进入阴燃区将使其向明火发生转化。     

自然扩散条件下阴然向有焰火转化的数理模型

建立了一维自然扩散条件下阴燃传播和向有焰火转化的积分模型。材料阴燃的化学反应采用两步反应模型：无氧热解反应和有氧热解反应。前者是吸热反应，释放可燃气体，后者是放热反应，提供阴燃所需的能量。气相反应速率取决于可燃气体的浓度、氧气的浓度以及温度，一旦条件达到合适点，将出现有焰火。文中给出了自然扩散条件下阴然稳定传播时的速度，和能够出现有焰火所需务件的数学表达式，并与相关实验结果进行了对比。     

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。     

泥炭粒径对阴燃蔓延速率影响的实验研究

实验研究了自然对流下,不同颗粒粒径(1mm,1mm~2mm,2mm~3mm,3mm~4mm,4mm)的泥炭向下阴燃现象。通过测量泥炭阴燃内部温度,分析了泥炭颗粒粒径大小对泥炭阴燃峰值温度、峰值温度处阴燃蔓延速率、水分蒸发前锋(T=90℃)蔓延速率、泥炭热解前锋(T=312℃)蔓延速率和炭氧化前锋(T=421℃)蔓延速率的影响。实验结果表明:各颗粒粒径泥炭的阴燃峰值温度在510℃到710℃之间变化,平均峰值温度大小呈现随着粒径的增大而减小的趋势。除了粒径1mm的泥炭阴燃实验外,其他粒径的泥炭阴燃稳定蔓延阶段峰值处的蔓延速率随着粒径的增大而增大。实验发现粒径2mm泥炭阴燃蔓延速率随着粒径的增大而增大,而粒径3mm泥炭阴燃蔓延速率随着泥炭粒径的增大而减小,粒径2mm~3mm是一个界限值。     

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。     

纤维质燃料正向阴燃传播的数值分析

根据多孔固体燃料3步反应动力学机理,建立了2D非稳态纤维质材料水平填充床正向阴燃的数学模型。阴燃的化学动力过程包括燃料吸热热解、燃料放热氧化及焦炭的放热氧化3个过程。该模型既考虑了固-气之间的热交换,也考虑到了气体在多孔介质内的扩散系数的变化。辐射换热采用扩散近似的方式在模型中予以考虑。应用该模型,数值模拟了来流速度对阴燃速度及平均最高温度的影响,结果表明:阴燃传播速度与来流速度基本上呈线性关系,来流速度对阴燃最高温度影响不大。同时也模拟了燃料阴燃温度分布、燃烧过程中气体组分(O2,CO,CO2,H2O)及固体成分(燃料、焦炭和灰分)的变化过程。数值计算阴燃速度与实验速度基本吻合。     

阴燃中出现有焰火的理论初探

阴燃是一种自维持,不断传播的,异相反应的放热燃烧过程。典型的阴燃例子有蚝烟,地下煤矿的燃烧等。从热安全角度来看阴燃过程,不完全的氧化反应和可燃物热解都会产生很多的有毒气体,对人造成危害;另外在一定的条件下,阴燃还会突然转化为有焰火,进行更猛烈的燃烧,造成更大的破坏。     

小尺寸铜铟镓硒光伏电池火反应行为的试验研究

用于光伏建筑一体化的铜铟镓硒光伏电池热稳定性差,一旦建筑物发生火灾,受火作用下,铜铟镓硒电池材料的可燃性会增加建筑物自身的火灾载荷,这会加剧建筑物火灾的蔓延.基于此研究了小尺寸铜铟镓硒光伏电池在不同点火源作用下的受火反应行为.以200 mL及500 mL酒精池火作为辐射热源,分析了铜铟镓硒电池在受到不同大小热辐射后的热解和阴燃特性;以酒精火焰作为点火源,分析了电池接触明火后的着火温度、火焰温度及质量损失速率.结果 表明:当小尺寸铜铟镓硒光伏电池板所受的热辐射小于等于6.15 kW/m2时,温度达到232℃开始热解,阴燃期间电池迎火面温度可达662℃;在明火作用下,小尺寸铜铟镓硒电池板在表面温度达到254℃可以被引燃,10 cm高度火焰温度可达694℃,质量损失速率最大为0.45 g/s.     

基于锥形量热仪的典型软垫座椅材料燃烧特性研究

采用锥形量热仪研究不同热辐射功率下典型软垫座椅材料(聚氨酯泡沫填料/包覆层组合件)的燃烧特性,为软垫座椅的火灾安全提供技术支持。结果表明:在点燃性能方面,聚氨酯泡沫/人造革组合件的耐热性相对最高,其点燃前包覆层开口临界辐射功率为40~45 k W/m~2,聚氨酯泡沫/尼龙组合件不易被点燃,其包覆层具有较高的阻燃性;分析材料的热释放速率(HRR)曲线得到,聚氨酯泡沫/人造革组合件充分燃烧过程中出现2个增长峰,且峰值相对较低,而聚氨酯泡沫/化纤与聚氨酯泡沫/尼龙组合件只有1个增长峰,且在50k W/m~2热辐射下峰值均达到600 k W/m~2以上;采用多种评价指标对各组合件进行评估,发现FGI分析与Petrella风险矩阵更适用于组合件材料的火灾危险性评估。     

不同压力环境下不透明非碳化ABS材料的热解温度模型研究

在不同热流强度下,利用智能步进低压实验仓对不透明非碳化聚合物材料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)在不同压力情况下的热解过程中的表面及背面温度进行了实时测量,建立了表面吸收一维热解模型,预测了ABS在不同外界热流密度下,不同压力环境下表面温度及背面温度随时间的变化;并将实验测量值与模型模拟值进行对比。结果表明,非碳化聚合物的表面吸收一维热解模型在高热流密度下对温度的预测情况优于在低热流密度下对温度的预测结果,总体来说,模拟计算结果与实验测量值较为一致。     

Mutual effects between dynamic leakage behavior and the pressure/temperature in a LNG tank with external heat fluxes

The objective of this work is to investigate and model the mutual effects between the dynamic pressure/temperature in the LNG tank and the leakage behavior with external heat fluxes. The results suggest that the pressure and temperature in tank during leakage change with the comparison results between the heat flux consumed in liquid boil-off and the external heat flux supplied. At the liquid leakage stage, when the external heat flux is not very high, the pressure in tank tends to increase significantly, even results in tank explosion. It increases more and more heavily with higher and higher external heat fluxes. At the vapor leakage stage, large amount of vapor spray out, which results in a high generation rate of vapor by the liquid boil-off. The pressure in tank normally decreases to be low, which is unfavorable for the LNG tank explosion. Therefore, at this vapor leakage stage, blocking the leakage hole as soon as possible is not always a right choice for fire fighters. Finally, it is suggested that reducing the heat flux into the tank, either at the liquid leakage stage or in vapor one, is key to the tank safety.     

泡沫材料在狭缝空间垂直火蔓延的数值模拟

保温材料的火蔓延特性对建筑防火有重要意义,而其在狭缝等特殊空间结构中的燃烧特性还缺乏深入研究.本文采用CFD模拟技术和并行计算手段对狭缝空间中泡沫材料的竖直火蔓延特性进行了分析研究.计算发现在狭缝宽度为5 -6 cm时,由于侧向补风增强,导致狭缝内存在规则的大尺度涡旋结构.涡旋将火焰向两侧拉扯,而且涡旋强度可以增强狭缝内火蔓延速度.相对开放空间的情况,在狭缝空间中泡沫材料的火焰高度随线热释放速率强度的增加较慢,并且存在最小热释放速率强度.当热释放速率强度小于一定值时,火焰将会熄灭.     

基于层层自组装技术制备的吸油型聚氨酯泡沫材料及其性能研究

利用高效吸油材料处理溢油事故是一种简单有效的方法。针对现有吸油材料吸油效率较低、制备方式复杂的问题,采用层层自组装技术,将钠基蒙脱土填充的涂层构筑于软质聚氨酯泡沫表面,经过后续疏水改性处理,制备了具有超疏水超亲油表面的聚氨酯泡沫材料。材料测试结果表明:组装4层涂层改性的聚氨酯泡沫水接触角达到135°,对不同种类油品的吸油重量能达到自身重量的30~60倍;油水混合物中的吸油效果也显示其能有效处理水面、水下油污。宏观燃烧实验测试结果表明制备的改性聚氨酯泡沫具有良好的阻燃性能。采用上述简单易行的制备技术制得的吸油材料,可成功应用于油水分离,具有良好的应用前景。     

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。     

侧向风速作用下聚氨酯泡沫双火源火蔓延研究

为探究环境风作用下逆向双点火源聚氨酯泡沫火蔓延及融合行为，开展多组对照实验并从材料传热机理角度分析侧向风速对火蔓延行为中火羽流形态、质量损失和辐射热流场等特征参数的影响。结果表明:风速与上述参数之间存在非线性关系。环境风效应使火焰被拉长且敷贴于预热区表面，增大预热区面积和热反馈；侧向风速的增加对FPU板材质量损失的影响逐渐弱化，且板材的熔滴率与风速呈正相关；无论侧向风是否存在，两侧逆向火焰融合后均达到整个蔓延过程中的峰值温度；风速的存在限制了火焰温度与辐射热通量峰值，也缩短了温度和辐射峰值出现的时间。     

不同点火模式下软质聚氨酯泡沫燃烧的实验研究*

为研究软质聚氨酯泡沫（FPUF）的燃烧行为对火灾的影响,采用锥形量热仪（CONE）分析FPUF在强制点火和非强制点火模式下的燃烧行为、热释放速率HRR、质量损失速率MLR和燃烧效率η。研究结果表明:当外部辐射≥40 kW/m2时,FPUF在2种点火模式下燃烧的HRR和MLR均出现2个明显的峰值且η约为88%;当外部辐射<40 kW/m2时,FPUF在非强制点火模式下燃烧的HRR和MLR曲线趋于单峰形式;FPUF在强制点火模式下燃烧前期为异氰酸酯（TDI）和多元醇的混合燃烧,在非强制点火模式下为TDI的挥发。根据研究结果修正现有燃料组分的热值计算方法,获得FPUF和多元醇的热值分别为（20±2）,（28±3） kJ/g。     

分岔隧道火灾火源位置对临界风速影响的数值模拟分析

为探究分岔隧道火灾火源位置对临界风速的影响规律,使用数值模拟方法对火源位于分岔隧道分岔口前和分岔口后的火灾场景下的临界风速进行研究.研究结果表明:火源位于分岔口后的主隧道时,临界风速明显大于火源位于分岔口前的临界风速;在一定范围热释放速率下,分岔隧道临界风速与热释放速率的1/3次方成正比;在分岔隧道模型中,相同热释放速...     

外界热辐射作用下木材热解和着火的预测模型

在突发的火灾过程中，可燃性固体材料的着火时间和热解特性是非常关键的参数。建立了预测木材在外界热辐射作用下热解和着火时间的数值模型，可以给出固体的质量损失速率、内部温度场随时间的变化，并根据模型计算得到的表面温度随时间的变化对着火时间进行预测。计算结果和实验测量值相符较好。