基于非线性技术锅炉故障分析*

为预测和判断锅炉故障的发生，完善锅炉故障检测技术，基于锅炉运转具有非线性特点，提出将非线性评价指标应用于锅炉故障诊断。研究特征信号的非线性特性，通过确定延迟时间和嵌入维数来重构相空间；采用混沌分形理论研究非线性评价指标；提取最大Lyapunov指数和关联维数，并为收集的每种特征信号选择最合适的非线性指标。结果表明:蒸汽压力的非线性特征指标应选择关联维数，烟气温度1、烟气温度2、水管温度1和水管温度2的非线性特征指标应当选择最大Lyapunov指数。     

基于最大Lyapunov指数分析的尾矿坝浸润线控制混沌方法

为了改善尾矿坝浸润线状况，提出了一种控制混沌方法。该方法对时间序列叠加一个周期振动，通过最大Lyapunov指数分析，来判别叠加前后系统混沌特性的变化，进而实现控制混沌。应用这种方法，分析了银山铅锌矿尾矿坝浸润线实测数据。结果表明，叠加周期振动可以降低最大Lyapunov指数。最大Lyapunov指数的降低程度与振动周期成负相关，与振幅成正相关。采用控制混沌方法，即对尾矿排放、库水位调节、排渗、不同尾矿库的使用等措施进行周期性控制，可以提高尾矿坝安全度，实现尾矿坝科学管理。中还以防洪高度为例，具体分析了尾矿坝工程中的控制混沌，表明该方法在应用上是可行的。     

矿山微震时间序列的相空间构建与混沌吸引子维数确立

为了进一步挖掘矿山微震信号内蕴藏的信息,初步研究了微震信号的混沌特性。针对矿山微震信号非平稳、非线性的特点开展了以下研究:建立了一维时间序列的相空间重构模型,分析了一维和多维微震时间序列的空间相型;选取了矿山现场监测一维微震时间序列（N=2 000）,利用自相关函数求取了时间序列的延迟时间τ;建立了微震时间序列关联分维数的循环计算模型;最终确立了相应临界距离r（r=250）和相空间维数m（m=50）的值,计算求得分维数D的值为1.088 5。研究结果表明,微震一维时间序列的吸引子维数存在,同时也证明了微震时间序列具有混沌特性。该研究结果为利用混沌理论处理矿山微震数据,如初始到时精确拾取、信号特征分析与提取以及波形降噪等提供理论依据。     

典型木材燃料层流扩散火焰碳黑生成特性研究

为了对木材燃料层流扩散火焰碳黑生成特性进行研究,搭建了基于消光法原理的轴对称层流火焰碳黑浓度测量平台, 选用马尾松针、柚木以及红橡木三种典型木材燃料粉碎成针状试样,并堆成直径3.5 cm堆垛,利用酒精引燃后可获得稳定的层流扩散火焰,同时通过电热丝辅助加热延长稳定燃烧。通过对三种典型木材燃料层流燃烧过程的质量损失和火焰碳黑浓度的测量和对比分析,结果显示三种燃料中马尾松针碳黑生成能力最大,这说明木材的碳黑生成能力可能与其碳元素和氧元素的含量有关。     

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。     

工业事故演变混沌特性研究

混沌与随机是本质上不同的两种特性.区分产生工业事故演变系统的混沌性和随机性是进行工业事故模拟和预测的基础.本文通过对工业事故演变特性进行分析,初步结果表明,工业事故演变具有混沌动力系统的一些特征,提出通过相空间重构及Lyapunov指数来判定工业事故演变的混沌特性.     

一种基于LVQ神经网络与图像处理的火焰识别算法

针对传统火灾探测技术存在的不稳定、误判率高等缺点,通过分析室内火灾图像与常见干扰光源图像的特点,提出一种基于人工神经网络的火焰图像检测技术。对火焰图像的基本特性进行分析,利用火焰图像序列的面积重叠率和中心相对移动率以及颜色等信息,结合实现学习向量量化(LVQ)神经网络融合技术,对视频序列图像中火焰的自动检测。仿真试验结果表明,基于LVQ神经网络的信息融合算法的网络收敛速度较快,有较高的火灾火焰识别准确率。     

细水雾抑制熄灭木材火焰的小尺度实验研究及简化模型

细水雾灭火技术以其环保性好、灭火迅速、耗水量低、破坏性小以及适用面宽等特点 ,已成为国际火灾领域关注研究的热点。以此为工程背景 ,开展了细水雾抑制熄灭木材火焰的小尺度模拟实验研究。利用热电偶测温系统、数码摄像机等仪器测量了细水雾作用前后燃烧场的变化特征。结果表明 :预燃时间、喷雾气压、细水雾作用时间等参数对灭火过程有显著影响。细水雾抑制熄灭木材火焰的主要机理是燃料表面冷却效应。从传热的角度建立的木材表面冷却模型与实验结果吻合较好     

关联维数在机械设备故障诊断中的应用研究

研究了混沌与分形的特征参数———关联维数的计算方法和参数的选择。以滚动轴承在正常、外圈故障、滚动体故障、内圈故障4种状态下的信号特征为标准样本,以其运行的实测信号为例,对时域信号进行了频谱分析,并进一步进行了关联维数分析。通过对滚动轴承振动信号的关联维数分析,证明了该轴承在4种不同标准状态下具有明显不同的关联维数特征。因此,按照相关性的大小,就可诊断出实测信号属于外圈故障状态信号。研究结果表明,关联维数分析方法在设备状态监测与故障诊断中,尤其是在非线性系统的故障诊断中显示出其独特的优势,具有较为广阔的应用前景。     

醇酸清漆对典型装饰木材燃烧特性和生烟特性的影响

为了探讨醇酸清漆对典型装饰木材火灾危险性的影响,利用热重分析、差热分析、木垛法、隧道法和塑料烟密度仪对装饰木材的燃烧性能、热解特性和生烟特性进行了分析。结果表明,木材及其表面涂覆的醇酸清漆主要热失重发生在200~500℃,其中木材的热解过程为先吸热、后放热的过程,而醇酸清漆为吸热过程。与未涂覆清漆的木材相比,清漆使木材在燃烧过程中质量损失、有焰燃烧时间及火焰传播比值明显增加。同时,醇酸清漆的烯烃结构和苯环结构还导致木材的比光密度、质量光密度增大,烟气危害增大,从而进一步增大了火灾危险性。此外,装饰木材的生烟特性还受火焰条件和辐射功率的影响,高辐射功率和有焰条件下材料的比光密度和质量光密度均较低。     

Experimental evaluation of the possibility of ignition and flame propagation in accumulated difluoromethane (R32) from a kerosene cigarette lighter

The possibility of ignition and flame propagation in accumulated difluoromethane (CH₂F₂, R32) was examined experimentally, simulating a situation in which a service operative uses a kerosene lighter for smoking. To simulate the situation where a kerosene cigarette lighter is used in accumulated R32, electrodes fixed in the windbreak of the lighter were remotely supplied with electricity to generate sparks of various durations but of similar energies to those of actual sparks generated by rubbing a flint to ignite the fuel in the lighter. We identified several cases of ignition and formation of an open flame in the windbreak of the lighter, and the flame propagated to the accumulated R32 when it was supplied with sufficient energy from the spark. Gas chromatographic analyses confirmed that the mixture in the windbreak of the kerosene lighter consisted mainly of vaporized fuel and air, with no R32. Therefore, even if the lighter is located in accumulated R32, an open flame can be generated in the windbreak of the kerosene cigarette lighter through ignition by the spark energy generated by friction between the flint and the flint wheel. Our results confirmed that there is a real possibility of ignition and flame propagation when a kerosene cigarette lighter is used in accumulated R32 under the leak rate conditions of the present experiment.     

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。     

细水雾灭火过程中雾卷吸影响因素的研究

细水雾与火焰相互作用中雾滴主要是通过动量和雾卷吸进入火焰区,以达到抑制或扑灭火焰的效果.对细水雾与煤油火相互作用时雾卷吸现象及其影响因素进行了研究,初步确定了雾卷吸量的计算方法,对各种影响卷吸效果的因素做了研究,并进行了大量的灭火实验.实验结果表明:细水雾的卷吸效果随着雾通量增加而增加,随着雾滴粒径增加而减小.     

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。     

N2和CO2抑制煤燃烧火焰特性对比试验研究

为了研究N_2和CO_2气体灭火剂在抑制煤明火燃烧特性方面的不同,通过搭建受限空间煤明火燃烧试验,分别开展了11.97%、16.81%、20.76%的N_2和10.79%、14.89%、20.32%的CO_2作用下煤明火燃烧抑制试验。鉴于火焰表面积变化与热释放速率变化呈正相关,基于火焰图像分析法开展试验研究。试验过程中,首先,通过数码摄像仪记录不同体积分数惰性气体作用下煤燃烧火焰面积的变化,然后利用Matlab软件进行火焰图像特征提取和"对比度增强"预处理,消除图像记录过程中存在的噪声,以便于有效进行火焰目标识别;其次,基于"阈值法"原理,利用Image-Pro Plus软件对预处理过的火焰目标进行识别和计算,进而实时获得试验过程中火焰表面积;最后,使用小波变换理论对火焰表面积变化曲线进行消噪处理,以获得火焰表面积变化趋势及主要波动信息。结果表明,CO_2比N_2具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力,CO_2作用下煤火火焰表面积呈现指数下降,而N_2作用下呈现直线下降,且CO_2的灭火时间比N_2缩短了25%以上。该试验结果明确了N_2和CO_2在熄灭煤明火特性上的不同,弥补了CO_2仅比N_2具有更好的抑爆特性的认识。     

Flammability of kerosene in civil and military aviation

The investigation of the ignition conditions of kerosene vapors in the air contained in an aircraft fuel tank contributes to the definition of onboard safety requirements. Civil and military kerosene are characterized by specification. The specification of civil aviation kerosene is based upon usage requirements and property limits. while military kerosene is primarily controlled by specific chemical composition. Characterization of the flammability properties is a first step for the establishment of aircraft safety conditions. Flash point, vapor pressure, gas chromatography analysis, and flammability properties of the kerosene used by the French Military aviation (F-34 and F-35 kerosene) are compared with the flammability properties of civil kerosene. The empirical law established by the Federal Aviation Administration (FAA) in 1998, expressing the ignition energy in terms of fuel, temperature, flash point and altitude is modified and expressed in terms of fuel temperature, flash point and pressure.     

航空煤油薄油层燃烧特性实验研究

为研究薄油层燃烧特性，开展航空煤油薄层油池火实验，分析油品燃烧的整个过程、燃烧速率、火焰高度和辐射反馈等参数随时间的变化规律。结果表明:整个薄层燃烧过程除发展、稳定和熄灭阶段外，还存在薄层燃烧衰减阶段。稳定阶段的燃烧速率与初始油层厚度相关，但随着厚度的增加其逐渐趋于稳定；薄层燃烧衰减阶段，燃烧速率会随着实时油层厚度的下降逐渐降低。对比火焰高度的实测值和模型预测值发现，Heskestad模型的预测更接近实际结果；燃烧发展阶段后，火焰辐射反馈基本维持稳定，受初始厚度的影响较小，但辐射透射强度会随着油层厚度的降低而增加，且增速逐渐加快，表明辐射透射在薄层燃烧衰退阶段中起到关键作用。结合辐射透射的变化规律，将辐射反馈分为可吸收和不可吸收2部分，并提出用于预测辐射透射大小的经验模型。