不同倾角铜铟镓硒光伏组件燃烧行为的试验研究

为加强对于光伏组件火灾危险性的控制，进一步推动光伏建筑一体化技术的广泛应用，选择不同倾角布置的铜铟镓硒光伏组件为研究对象，改变倾斜角度，通过对引燃时间、火蔓延速度和质量损失速率等参数的测试和分析，研究铜铟镓硒光伏组件的燃烧行为及传热机制。结果表明，倾角的增大加剧了光伏组件火灾蔓延的危险性。光伏组件迎火面的引燃时间随倾角增大呈先减小后增大的变化趋势，倾角从0°增加到45°,引燃时间减少16.39%;倾角从45°增加到90°,引燃时间增加76.47%。背火面向上火蔓延速度随倾角增大而增大，倾角为90°时最大，为18.08 mm/s,横向火蔓延速度受倾角影响较小，均为1 mm/s左右；当光伏组件倾角增加，燃烧产生的熔融滴落物形成池火是造成光伏组件火灾危险性加剧的重要原因。     

试样放置角度与外加辐射强度对可碳化固体表面火蔓延的影响

选取了尺寸为400mm×90mm×3mm质地较为均匀的白木作为研究对象,对不同试样放置角度和不同外加辐射强度作用下的火焰高度、火蔓延速率和失重速率等火蔓延参数进行了测量,以研究试样放置角度和辐射强度对可炭化固体表面火蔓延的作用规律。研究发现,试样表面的火蔓延速率随辐射强度的增加而增加。当角度在负角度范围内时,角度的变化对火蔓延速率的影响不大,当角度在正角度范围内时,火蔓延速率随着角度的增加而迅速上升。试样失重速率随着辐射强度以及试样放置角度的增加而增加。火焰高度会随着外加辐射强度的增加而增加,并与试样失重速率的0.4次方呈正比关系。     

EPS外保温材料火灾蔓延速率的数值模拟与试验研究

根据火灾动力学理论,建立了热塑性外保温材料火蔓延速率模型。该模型对实际燃烧过程做了一定的假设简化,主要考虑了材料厚度和火源位置对材料燃烧发展过程的影响。并提出无量纲参数"耦合燃烧度",用来表征热塑性材料的燃烧壁面与高温熔滴形成的油池火之间相互作用的程度。基于ISO9705全尺寸热释放速率实验室,采用20×20×10 cm3正庚烷油槽火源为火源样式,设计了4种不同的燃烧工况研究EPS外保温材料的火蔓延规律和影响因素。结果表明:其火蔓延速率随时间变化呈指数增长,EPS的火蔓延速率的回归方程通式为Vp(t)=Aexp(Bt),与理论推导方程Vp(t)=φ1exp(φ2t)有较好的相关性。当EPS的厚度为50 mm时,火蔓延速率增幅最小;"耦合燃烧度"越大,火蔓延速率增长越快;"耦合燃烧度"随材料厚度的增加而增大;不同火源位置下,"耦合燃烧度"从大到小为中火、底火、顶火、边角火。理论模型与试验结果有较好的一致性,可以有效预测热塑性外保温材料的火蔓延速率。     

木材表面火蔓延特性的动态测量研究

通过模拟实验,对不同工况下木材表面的火蔓延特性进行了动态测量研究。首先应用火焰结构显示技术连续观察和记录了木材表面的火蔓延行为和火焰的热结构;其次,利用温度示踪技术对火蔓延过程进行了动态观测,进而获取了在不同条件下的火蔓延速度并分析讨论了木材表面火蔓延的机理。     

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.     

高层建筑外立面U型结构火蔓延特性数值模拟研究

对高层建筑外立面U型结构竖直火蔓延特性影响进行了数值模拟研究,给出了火蔓延速度、热释放速率、火蔓延温度特性等参数.研究发现U型结构竖直火蔓延是一个加速燃烧的过程,当U型结构的结构因子α在0.4和1.6之间时,其火蔓延速度随着α的增加而增加,这是由于在燃烧过程中U型结构会产生烟囱效应,其强度随着U型结构结构因子的增大而增大,烟囱效应的增强加速了火蔓延过程.     

非燃烧区瓦斯爆炸冲击波在单向分岔管道内传播规律的试验研究

在空间上瓦斯爆炸可以分为瓦斯燃烧区、非瓦斯燃烧区两个区域.在瓦斯燃烧区内冲击波和火焰是相互耦合的;当瓦斯燃烧完毕后燃烧波消失,只剩非瓦斯燃烧区冲击波,冲击波失去能量支持,最终恢复至正常大气参数.为了研究非燃烧区内瓦斯爆炸冲击波在分岔管道中的传播特性,搭建了截面为80 mm× 80 mm的方形管道,分别由1 m、1.5m、2.5 m、3m、4m等5种长度不等的管道组合而成.管道由3个部分组成,前端为直管道瓦斯填充区,中间管道为空气直管道和管道末端,末端设计了30°、45°、60°、90°四种单向分岔角度.通过瓦斯填充量和管道分岔角度两个变量,采用TST6300动态数据采集储存仪,对管道内瓦斯爆炸冲击波能量及冲击波在单向分岔情况下超压分流情况进行试验研究.结果表明,管道单向分岔条件下,非燃烧区瓦斯爆炸冲击波分流系数与冲击波初始超压及管道分岔角度有关,分流系数随冲击波初始超压及分岔角度的增加而增加.     

低压下近熄灭极限区域纸火蔓延实验研究

对低压下的近熄灭极限区域水平纸火蔓延进行了实验研究。通过降低环境压力和氧气浓度,确定了水平纸火蔓延的着火极限,并得出了在极限氧气浓度条件下的火蔓延速度变化规律。在相同氧气浓度下(43%)进行了不同压力的水平纸火蔓延实验。结果表明,火蔓延速度在近熄灭极限区域内非线性增加,通过比较分析前人火蔓延速度实验结果,确定了火蔓延近熄灭极限区域和线性增长区域的分界压力值。此外,得出了压力分界处的火焰变化特征,并根据火焰图像与理论分析,得出了不同区域内的火蔓延传热机制。     

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。     

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。     

楔形障碍物与火焰的作用

采用多镜头Cranz ＆ Schardin高速摄影机,对卧式燃烧方管内楔形障碍物与CH4/空气预混火焰的相互作用进行了实验研究,获得了高清淅度的障碍物诱导火焰失稳的分幅时序照片.基于RANS方法,对上述复杂物理现象进行了数值模拟.计算结果与实验结果基本相符,反映了火焰在管内传播与变形的详细过程,得到了楔形障碍物所导致的火焰加速与变形的内在机理,揭示了火焰传播过程中由层流燃烧向湍流燃烧转捩的本质.     

Limit of safety against flame transmission for sintered metal flame arrester elements in the case of flashback in fuel gas/oxygen mixtures

In autogenous welding, cutting and allied processes, so-called dry safety devices are used to protect the outlet terminals of gas distribution lines. To prevent flame transmission, these units are fitted with sintered metal flame arrester elements. At the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), extensive investigations have been carried out with an experimental flame arrester to determine the limits of safety against flame transmission for sintered metal flame arrester elements in the case of flashback in fuel gas/oxygen mixtures. On the basis of the results of these investigations, it is possible to estimate the pore sizes up to which a sintered metal element can prevent any flame transmission with a given fuel gas.     

管道内甲烷/空气预混火焰加速传播特性研究

搭建了基于可视化燃烧管道的预混火焰精细结构实验台,通过理论分析和实验等手段对预混火焰的瞬态传播过程及加速传播特性进行了研究,分析得出了不同甲烷含量的预混火焰加速传播规律及预混火焰由层流向湍流的转变规律.     

轰燃后火焰的辐射热通量计算

轰燃后火焰的热辐射危害，是目前确定建筑物间安全距离的主要依据之一。该文提出了轰燃后火焰在室外一定距离处辐射热通量的计算方法；并在喷出火焰不受室外风影响的情况下，利用小规模试验的结果对这一方法进行了验证。     

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。     

Radiation heat transfer in transient dust cloud flame propagation

This study investigates the impact of radiation heat transfer and heat conduction on dust cloud combustion. Radiation plays a very important role in the stability of dust cloud flame, and increasing the amount of radiation drastically raises the possibility of instability and explosion in a dust cloud mixture. Flame speed, which is a function of mixture characteristics, can exhibit a fluctuating behavior. By using the discrete heat source method, it would be possible to study the transient propagation of dust flames. Thus, the propagation speed of flame can be obtained, and as time goes by, the transient speed of dust flame will reach its steady state value. By considering the radiation effect, better agreement is observed between the obtained results and experimental data.     

丙烷/空气拉伸火焰传播稳定性实验研究

为了揭示空气中丙烷火焰传播特性,利用纹影系统记录了预混气体小能量点火条件下火焰形成与传播过程,得到了火焰表面的微观结构特征,分析了混合气体火焰的稳定性及其影响因素。结果表明:丙烷/空气混合物火焰发展过程及其表面微观特征与浓度直接相关;当混合物浓度接近爆炸上下限时,火焰扩展速率整体不大于0.5 m/s,燃烧区域向上漂浮,浮力成为影响火焰失稳的主导因素;当混合物浓度靠理论配比时,火焰呈规则球形扩展,火焰稳定性按照先减弱后增强的趋势发展,火焰表面褶皱的形成及演化规律是热扩散不稳定性和流体力学不稳定性共存与竞争的作用结果。     

多孔材料对管道内甲烷-空气预混火焰传播的影响

为研究多孔材料对封闭管道内甲烷-空气预混气体火焰传播的影响,设计加工了横截面积为80 mm×80 mm的方形试验管道,运用自发光拍摄技术和动态压力传感器对甲烷-空气预混火焰在该管道内传播过程中形状变化和压力特性进行了实验研究。结果表明,在管道尾部放置3种不同材质的多孔材料时,其对爆炸压力均有一定的抑制作用,聚氨酯泡沫对管道内压力的衰减效果优于聚苯乙烯泡沫和自制泡沫材料。对压力曲线进行一次求导,得出了压力变化速率,结果与空管道实验相比,在放置多孔材料的管道内压力降低的速率更快,时间更短。     

Numerical investigation of effects on premixed hydrogen/air flame propagation in pipes with different contraction or expansion angles

Numerical simulations of premixed hydrogen-air flame propagation in a pipe with different contraction or expansion angles are carried out in this study. The effects on the flame propagation characteristics are investigated, including flame shape, the speed of flame front and overpressure. Results show that the flame propagation at different contraction angles experiences 6 flame stages: spherical flame stage, finger-shaped flame stage, stage of flame front touching the sidewalls, classic tulip flame stage, dissipation stage of tulip flame and its re-formation stage. The formation of tulip flame and the following stages are promoted by the contraction structure. Meanwhile, the development of the flow and pressure fields near the contraction are analyzed and it is found that the paraclinical effects induced by the contraction angle enhance the tulip re-formation. In the sudden expansion pipes, a triple flame stage appears in the pipes. The flame front remains relatively static for a period of time. However, the flame would continue to propagate when the expansion angle becomes larger and the flame propagation distance in the ducts increased obviously with the larger expansion angle. Baroclinic effect can inhibit the intensity of the vortex in the flow field, and hence weaken the forward transport of fuel. This inhibit effects decrease with the expansion angle becomes larger. The results of this study have implications concerning designs for pipe geometry of hydrogen and may help get better hydrogen transportation.     

燃气加热炉火焰视频监控系统设计

为了持续监测燃气工业加热炉燃烧状况,保障锅炉运行安全,根据燃气火焰的特点,利用数字图像处理技术,设计了相应的燃气加热炉火焰视频监控系统。通过图像预处理、火焰特征提取、火焰特征分析三个步骤,可实现对炉膛火焰燃烧状态进行实时判定,包括火焰燃烧或熄灭、燃烧是否充分、是否稳定。仿真实验结果表明,该系统能准确地从监控视频中检测和识别火焰燃烧状态,并能将燃烧特征量和特征分析结果存储到数据库以供事后查询。