狭长地下受限空间火灾分区形成的试验研究

通过狭长地下受限空间的火灾模拟试验,研究O#柴油在不同空间尺度形成的火灾分区现象.分析柴油燃烧时狭长地下受限空间火灾分区现象形成的判断依据、条件、时间,惰化区氧气耗量与空间容积的关系,惰化区氧气体积分数、烟气温度随时间的变化.结果表明.燃料量、空间尺度和燃烧表面积是影响狭长地下受限空间火灾分区形成的主要因素;分区现象形成的判断依据为惰化区氧气体积分数≤16%;分区现象形成的条件为火焰区容积热强度≥720 kW·m-3.这对地下受限空间火灾的防治和其性能化设计具有参考价值.     

地下油料储存库火灾初期模式与安全性研究

使用模拟的地下油料储存库装置,对地下油料储存库火灾初期模式进行了实验研究.结合油料地下储存库火灾防治和安全性要求对实验结果进行了分析.结果表明,模拟油料地下储存库起火后,火灾初期模式与实验初始条件、边界条件和装置结构直接相关.在一定条件下,模拟油料地下储存库内出现爆燃向爆轰的转变;不同的环境条件下,火灾的模式不同;油料地下储存库内火灾的发展,油料的持续燃烧及发生燃烧的部位受通气条件和洞内复杂的烟气流向等条件控制.     

快速密闭时火区热物理参数变化规律的研究

在全尺寸巷道火灾试验中,利用48路全自动数据采集系统,研究了快速密闭条件下火区的燃烧状况及温度和压力变化规律.试验发现,作用在风门上的抽吸力很大,很快降到很小;而燃烧区的温度迅速上升,烟及挥发分的产物迅速增加,氧的相对含量下降,之后燃烧减弱,温度迅速下降;燃烧区高温烟气沿着顶板逆向迁移至密闭墙,使附近的温度迅速上升至293 ℃;快速密闭设施必须要有一定的刚性和耐火特性;对贫氧燃烧,有利于火区的惰化,而对富氧高挥发分燃料火灾,有爆炸的危险;适当减少供风量,截断供风后应及时采取惰化措施.     

半密闭空间油气爆炸初期火焰特性研究

为了研究半密闭空间内部油气着火爆炸初期火焰特性，进行了不同油气体积分数下的油气着火爆炸实验，通过高速摄影等技术手段对爆炸过程中火焰形态进行了捕捉，分析了不同油气体积分数下爆炸初期火焰着火模式、火焰形态、传播过程和火焰浮力稳定性的变化规律。结果表明:油气体积分数为决定容器内部着火模式的关键因素，随着油气体积分数的逐渐增大，着火模式呈现出燃烧-爆炸-爆燃后持续燃烧的转变；爆炸下的火焰具有明显的分区现象，而其他的着火模式则没有；随着油气体积分数的增加，越靠近化学当量比，纵向和横向火焰阵面速度越大；油气体积分数小于等于1.1%或大于等于2.6%时，火焰稳定性受浮力影响显著。     

温度梯度影响爆燃转爆轰的数值模拟

采用一维带真实化学反应的Navier-Stokes方程对温度梯度影响爆燃转爆轰的过程进行了数值模拟.结果表明,点火温度的不均匀性对可燃预混气的燃烧模式有显著影响.在零温度梯度条件下,点火初期呈可燃气等容爆炸现象,随后发展为火焰传播;在小温度梯度下,点火后会导致爆轰形成,但很快衰减为爆燃过程;当温度梯度增加到合适值时,点火燃烧后可形成过驱爆轰并最终称为稳定爆轰状态;而温度梯度过大时,仅呈现正常火焰传播状态.不同温度梯度可以导致燃烧化学反应放热与热传导之间的竞争,因而形成了不同的燃烧模式.上述研究对实际过程中爆轰形成现象的防治有着一定的理论意义.     

温度梯度影响爆燃转爆轰的数值模拟

采用一维带真实化学反应的Navier-Stokes方程对温度梯度影响爆燃转爆轰的过程进行了数值模拟。结果表明，点火温度的不均匀性对可燃预混气的燃烧模式有显著影响。在零温度梯度条件下，点火初期呈可燃气等容爆炸现象，随后发展为火焰传播；在小温度梯度下，点火后会导致爆轰形成，但很快衰减为爆燃过程；当温度梯度增加到合适值时，点火燃烧后可形成过驱爆轰并最终称为稳定爆轰状态；而温度梯度过大时，仅呈现正常火焰传播状态。不同温度梯度可以导致燃烧化学反应放热与热传导之间的竞争，因而形成了不同的燃烧模式。上述研究对实际过程中爆轰形成现象的防治有着一定的理论意义。     

燃气储配安全措施

<正>天然气是甲类火灾危险性物质,其爆炸极限是5.3%15%,燃烧速度快、放热量大。其安全事故的破坏方式主要包括天然气燃烧、爆燃以及爆炸产生的高温、冲击波等。天然气储配站为甲类运输厂站,属于火灾爆炸危险场所,目前国内外普遍采用高压球形储罐     

大长径比管道汽油-空气混合气爆炸与抑制实验研究*

为探究狭长受限空间中油气爆炸失控时的发展状态,探索高效环保的油气爆炸抑制方法,利用长径比155的管道开展92号汽油-空气混合气爆炸发展规律和七氟丙烷主动抑爆技术研究。通过测量不同端部开口条件下油气爆炸超压、火焰传播速度、火焰强度等参数,对比研究空爆和抑爆工况下的油气爆炸变化规律,探讨长直管道中的油气爆炸特性,分析七氟丙烷抑爆效果。结果表明:大长径比管道中,端部开口泄爆对降低油气爆炸破坏能力的作用较小,开口与否对最大超压峰值的出现位置有影响;长直管道空爆时,油气爆炸由爆燃发展成爆轰,管道尾部的爆轰波速可达近2 000 m/s;密闭管道中,爆轰发生前火焰传播呈“已燃区-火焰锋面-待燃区-前驱激波-未燃区”的2波3区结构;主动抑爆方式下七氟丙烷抑爆效果良好,最大超压峰值降低幅度可达90%,火焰传播被及时阻断。     

局部扰动对主坑道爆炸波发展的数值模拟与实验研究

在地下建筑物,如隧道、地下储油库、人防工程、地下物资仓库等里面,由主通道旁结分支通道是最常见的一种布置形式,是一种典型的复杂受限空间结构.一旦有可燃气体发生爆炸燃烧,爆炸压力波和火焰的传播将受众多因素的影响,其中局部扰动的影响是主要因素之一.本文通过实验和数值模拟的方法研究了油气混合物在该复杂受限空间中由弱点火引起爆炸燃烧的发展过程,湍流强度经旁接分支坑道后在主通道中的变化,以及爆炸压力波和火焰经局部扰动后的变化过程;并将数值模拟结果与实验结果进行了对比和综合分析,得到了与地下受限空间安全相关的重要结论.湍流强度是复杂受限空间中可燃气体爆炸燃烧发展过程的主要影响因素之一,局部扰动将增强爆炸流场的湍流强度,加速燃烧化学反应,能量的释放量和速率大大提高.这些能量的快速加入促进了高峰值压力波的形成,火焰也被加速,爆炸从此由弱转强,出现跃升.研究结果对地下受限空间爆炸过程的进一步研究以及爆炸灾害的预防都有参考价值.     

通风和开口形状对地下硐室火灾影响的实验研究

针对狭长通道侧向风和不同开口形状对硐室火灾燃烧状态及火焰溢流现象的影响，利用自主设计搭建的小尺寸实验台对侧向通风条件下地下硐室火灾燃烧规律进行研究。实验设定了200 mm×400 mm，300 mm×300 mm，400 mm×200 mm 3种硐室开口尺寸（长×高），选取1.2，3.3，5.1 m/s 3种通风速度和13.8，41.4，69.0 kW 3种火源功率。研究结果表明:在侧向风作用下，可燃气更容易被吹出造成火焰溢出燃烧现象；侧向风在中性面上部区域主要起降温作用，在中性面下部区域则起升温作用；通风因子大的开口工况，室内温度更高，也更容易达到轰燃条件；宽且低的开口使得高温气体与通风风流在较低处混合，其结果导致硐室下部温度较高，对火灾初期人员疏散不利。     

端部开口受限空间汽油蒸气爆燃超压特性研究

基于实验研究了端部开口半受限空间内汽油蒸气泄放爆燃特性,获得了受限空间 内外爆燃超压的变化规律。研究结果表明:受限空间内部超压随时间变化分为点火孕育 期、加速泄流期、外部爆燃期、波动振荡期、衰弱恢复期,爆燃过程中出现多超压峰值 现象且伴随有强烈的压力振荡;随着初始油气浓度的增大,受限空间外部爆燃超压先增 大后减小,外部爆燃超压最大浓度为1.70%;随着比例距离的增加,受限空间外部超压 值呈负指数规律衰减,且横向衰减速率要大于轴向衰减速率。     

Propane-air mixture deflagration hazard with different ignition positions and restraints in large-scale venting chamber

In order to better assess the hazards of explosion accidents, propane-air mixture deflagrations were conducted in a large-scale straight rectangular chamber (with a cross-section of 1.5 m × 1.5 m, length of 10 m, and total volume of 22.5 m³). The effect of initial volume, ignition position, and initial restraints on the explosion characteristics of the propane-air mixtures was investigated. The explosion overpressure, flame propagation, and flame speed were obtained and the computational fluid dynamics (CFD) software was used to simulate the flame-propagation process and field flow for auxiliary analysis. The hazards of large-scale propagation explosion under weak and strong constraints were evaluated and the different phases of flame propagation under weak and strong constraints were discriminated. Results indicate that the hazards caused by propane deflagration under weak constraint are mainly caused by flame spread. And the maximum overpressure under strong constraint appeared at the front part of the chamber under the large-scale condition, which is consistent with the previous small-scale test. Moreover, the simulations of flame structures under weak and strong constraint are in good agreement with experimental results, which furthers the understanding of large-scale propane deflagration under different initial conditions in large-scale spaces and provides basic data for three-dimensional CFD model improvement.     

竖直分支管道泄爆开启压力对甲烷爆燃压力的影响研究

针对市政排污管网等典型受限空间内可燃气体爆燃风险,建立由水平管道和竖直分支管道构成的数值模型,研究竖直分支管道不同泄爆开启压力对甲烷爆燃压力的影响.研究结果表明:不同泄爆开启压力条件下,管道内存在爆燃压力积聚和泄放的双重效应;水平管道内各测点压力时程曲线均表现为先增大后减小而后出现亥姆霍兹振荡,随着与爆源距离的增加,初...     

开放和封闭空间内不同间隙的竖向电缆燃烧试验研究

为了研究封闭空间对竖向电缆燃烧过程的影响,在开放空间和封闭空间内分别进行了一系列不同间隙的竖向电缆燃烧试验。通过分析开放空间和封闭空间内不同电缆间隙的竖向电缆燃烧过程中质量损失速率,得到电缆之间的间隙对竖向电缆燃烧速率有着决定性的影响。通过对比开放空间和封闭空间内竖向电缆的燃烧过程发现,封闭空间对竖向电缆燃烧过程的影响作用存在一个临界区间,该区间的临界判据是由电缆燃烧火焰对电缆的热作用和封闭空间内烟气层对电缆的热反馈决定的。基于封闭空间内的竖向温度分布,通过分析其无量纲温度梯度,得到封闭空间内竖向电缆燃烧过程存在一个特征明显的温度过渡区域。     

Inerting characteristics of ultrafine Mg(OH)2 on starch dust explosion flame propagation

Experiments on the flame propagation of starch dust explosion with the participation of ultrafine Mg(OH)₂ in a vertical duct were conducted to reveal the inerting evolution of explosion processes. Combining the dynamic behaviors of flame propagation, the formation law of gaseous combustion products, and the heat dissipation features of solid inert particles, the inerting mechanism of explosion flame propagation is discussed. Results indicate that the ultrafine of Mg(OH)₂ powders can cause the agglomeration of suspended dust clouds, which makes the flame combustion reaction zone fragmented and forms multiple small flame regions. The flame reaction zone presents non-homogeneous insufficient combustion, which leads to the obstruction of the explosion flame propagation process and the obvious pulsation propagation phenomenon. As the proportion of ultrafine Mg(OH)₂ increases, flame speed, flame luminescence intensity, flame temperature and deflagration pressure all show different degrees of inerting behavior. The addition of ultrafine Mg(OH)₂ not only causes partial inerting on the explosion flame, but also the heat dissipation of solid inert particles affects the acceleration of its propagation. The explosion flame propagation is inhibited by the synergistic effect of inert gas-solid phase, which attenuates the risk of starch explosion. The gas-solid synergistic inerting mechanism of starch explosion flame propagation by ultrafine Mg(OH)₂ is further revealed.     

Study on the deflagration reaction process of oil gas in long-narrow confined space based on PLIF and flame spectra

Oil gas explosion in long-narrow confined space is a typical unsteady combustion process. To study the reaction process, two experiment techniques are adopted in this research. One is planner laser induced fluorescence, which is used to achieve the transient measurement of free radicals in unsteady premixed combustion field. The other one is the spectral testing technique, which is used to measure the luminescence spectrum characteristics of oil gas combustion flame. The distribution of OH radical and CH radical at different positions in the combustion field, the common partition of deflagration flame structure under different oil gas concentrations, and the main luminescence spectra of radicals such as OH, CH, C₂, C₃, CO₂, H₂O and HCO are obtained. By comparing the above three aspects, the combustion reaction process of premixed mixture is revealed, driven by the coupling effect of chemical reaction and fluid flow in the process of explosion propagation. The process can be described briefly as follows. In the “outer flame zone”, large hydrocarbon molecules are mainly transformed to small molecules and free radicals by means of pyrolysis, dehydrogenation and oxidation. In the “inner flame zone”, carbon particles and combustion products produced and gathered after relevant reactions.     

Investigations on explosion characteristics of ethyl acetate

In this study, the confined explosion characteristics of ethyl acetate were investigated in a constant volume explosion vessel using the initial pressure of 1–4 bar, the initial temperature of 358–418 K, and the equivalence ratio of 0.8–1.4. It was revealed that the peak explosion pressure and the maximum pressure rise rate of ethyl acetate increased as the initial pressure increased and the initial temperature decreased. The peak explosion pressure and maximum pressure rise rate were obtained at the equivalence ratio of 1.2 due to increased heat release rate. Furthermore, the explosion time decreased as the initial pressure decreased. In summation, EA experimental and theoretical deflagration index were investigated and compared. The experimental deflagration index showed that EA explosion was less dangerous, whereas the theoretical deflagration predicted that the explosion could be more hazardous.     

不同形状受限空间内油气爆燃特性的实验研究

基于实验对4个不同形状的20L容器内的油气爆燃过程进行了研究,探讨了不同形状受限空间内爆炸压力荷载的变化和火焰行为的区别。结果表明:管道（短管和长管）的压力时序曲线较容积式受限空间（球形容器和立方体容器）的压力时序曲线更复杂,并且出现压力振荡;随着初始浓度的增加,超压值和平均升压速率均先增大后减小,在浓度为1.74%时达到最大值,此时,超压从大到小依次为:长管>短管>立方体>球形容器,平均升压速率从大到小依次为:短管>立方体>长管>球形容器;在爆燃初期,立方体中火焰行为为半球状层流火焰→扁平层流火焰,火焰速度先增大后减小,最大速度为12.5 m/s,长管中火焰行为为半球状层流火焰→拉伸指状火焰,火焰速度一直增大,最大速度为40 m/s。