飞火和热辐射耦合作用点燃松针的实验研究

飞火颗粒点燃和火焰辐射引燃是森林-城镇交界域火灾两种主要引燃方式。已有很多研究关注单种引燃方式,但缺乏二者耦合作用下的引燃机理研究。实验研究了热颗粒与热辐射耦合作用下松针燃料床的点燃行为,分析了热颗粒尺寸、温度及辐射热通量对点燃特性的影响。实验结果表明:热颗粒和热辐射耦合作用的点燃危险性远远高于热颗粒或者热辐射单独作用下的点燃危险性。耦合作用时,点燃概率随颗粒尺寸、温度和辐射热通量增大而增大,热颗粒临界点燃温度以及临界辐射热通量均随热颗粒尺寸增大而降低;阴燃向明火转变的点燃时间随辐射热通量增大而降低,但与颗粒状态呈现出较为复杂的关系。     

热颗粒和热辐射共同作用阴燃点燃松针燃料床：数值研究

建立了热颗粒和热辐射共同作用下阴燃点燃松针燃料床的二维数值模型,计算得到了热颗粒和热辐射单独点燃以及共同作用点燃的临界条件,分析了燃料床的点燃过程。与前人实验数据对比表明数值模型能够较好预测临界点燃条件。金属热颗粒单独作用时点火所需的临界温度与颗粒直径呈双曲线关系。金属热颗粒与热辐射共同作用时,临界辐射热通量呈现出随颗粒温度和直径的增加而显著减小的趋势。热辐射持续供热能有效维持表层炭氧化反应,两者共同作用下点燃危险性增加。研究同时发现,燃料含水率对共同作用下的临界辐射热通量有较大影响。     

含水率及燃烧性能等级对中密度纤维板点燃行为及安全性能影响的研究

采用锥形量热仪,在不同辐射热流强度下,对三种燃烧性能等级(B级、C级和非阻燃)的中密度纤维板在不同相对湿度(0%、50%和98%)形成的含水率条件下进行了辐射引燃实验,测得点燃时间和热释放速率等参数。利用点燃理论中热厚型积分模型,推导了不同含水率不同燃烧性能等级(防火等级)纤维板的临界辐射热通量。通过对比发现,点燃时间随着板材含水率的增加而明显增大,而临界辐射热通量则几乎不受环境相对湿度(即含水率)的影响。添加阻燃剂可延长点燃时间,使板材临界辐射热通量增加,并能有效地降低纤维板材燃烧时的热释放速率。阻燃纤维板的临界辐射热通量要明显高于非阻燃纤维板,但是阻燃纤维板材之间相比,临界辐射热通量差别不大。因而,从本质安全的角度对材料的安全性进行评价,不能将临界辐射热通量作为单一的标准,必须综合多个参数进行全面评价。     

棉布厚度对辐射式电暖器引燃能力影响研究

实验研究了棉布厚度对辐射式电暖器的引燃能力影响情况。实验用电暖器上加热管向外辐射热通量占电器功率之间的比例(辐射率η值)为65%。辐射式电暖器可以使棉布发生阴燃燃烧,当单面工作功率为400 W的电暖器紧贴棉布且全过程全覆盖的前提下棉布阴燃的临界厚度在0.18 mm～0.48 mm之间,当棉布厚度超过0.48 mm时将发生阴燃,但薄棉布通常难以直接发生有焰燃烧。对于用棉布开始阴燃时间表征的电暖器引燃能力,随着棉布厚度的增大,电暖器对棉布的引燃能力将减弱。     

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。     

常用高分子装饰材料的燃烧特性

利用先进的锥型量热计研究了五种常用的高分子装饰材料在暴露于不同辐射热通量条件下的燃烧性能,以及用氧指数测定仪测量了这些材料的氧指数,并将这两种方法的实验结果进行了对比。     

棉花阴燃和明火燃烧特性的对比研究

利用锥形量热仪,选取不同辐射强度,分别在使用和不使用点火器条件下,对棉花进行了热辐射引燃实验,发现在热辐射强度大于6kW/m2的情况下,使用点火器时棉花发生明火燃烧,不使用点火器时棉花发生阴燃燃烧。实验分别测得了在两种燃烧形式下的引燃时间、热释放速率、质量损失速率一氧化碳生成率,结果表明:无论是发生阴燃还是明火燃烧,引燃时间均随着辐射强度的增加而减小,且引燃时间平方根的倒数与辐射强度成线性关系;热释放速率、质量损失速率的峰值和平均值均随辐射强度的增加而增加,但在同一辐射强度下,明火燃烧的峰值和均值均比阴燃燃烧时的大;明火燃烧的一氧化碳平均生成率随着辐射强度的增加而减小,阴燃燃烧的一氧化碳平均生成率随着辐射强度的增加而增加。     

竹地板与普通实木地板燃烧性能的锥形量热仪对比实验研究

随着竹地板的广泛应用,竹木地板的火灾燃烧性能也将引起人们的关注.本文采用锥形量热仪对竹木地板的引燃时间、热释放速率、总热释放和一氧化碳的产率及体积比浓度等燃烧性能与普通实木地板进行了比较研究.研究结果表明:在相同条件下,竹木地板试样的引燃时间较短,临界引燃辐射热通量较低,引燃危险相对较大;竹木地板试样燃烧中第一个热释放速率峰值出现的时间短,且峰值相对较大,其潜在的轰燃危险相对较大;此外,竹木试样的一氧化碳的产率和燃烧初期在烟气中的体积比浓度相对较大.     

高高原机场油池火燃烧特性研究

为研究高高原机场特定环境中正庚烷油池火燃烧特性,考虑火灾受空气氧分压等因素影响,在康定高高原机场实验室利用ISO9705燃烧系统开展等效火灾油池的燃烧试验,重点分析热释放速率、燃烧速率、温度场分布和火焰辐射热通量等特性参数的变化规律。结果表明:燃烧速率方面,油池尺寸和单位面积燃烧速率近似呈线性变化;火场温度方面,受大气压力和空气密度影响,油池轴线最高温度较常压低,温升与经典羽流温升理论存在偏差;热辐射通量方面,通过曲线拟合方法得到油池尺寸与热辐射通量的关系式。     

橡胶轮胎燃烧特性的实验研究

利用锥形量热计对橡胶轮胎在25kW/m2和50kW/m2辐射能量条件下的点燃性能、热释放性能、质量损失速率、烟气毒性及烟气的减光性进行了实验研究。实验表明:在较高的辐射热通量下,橡胶轮胎的点燃时间会大大缩短;橡胶轮胎的热释放速率和质量损失速率呈线性关系,其平均有效燃烧热远高于在相同实验条件下得到的木材实验数据;橡胶轮胎燃烧会导致较高的CO/CO2生成率和烟气平均比消光面积,对人员逃生和消防扑救极为不利。     

外部辐射下汽车变速器油燃烧特性及其火灾危险性研究

为了加深对汽车上2种典型变速器油(自动变速器油和无级变速器油)火灾危险性的了解,在锥形量热仪上通过耗氧原理对2种油进行了小尺度研究。辐射强度从15 kW/m~2到40 kW/m~2,每5kW/m~2一个标度。试验测得点燃时间、热释放速率、放热总量等一系列参数用以表征油燃烧危险性。基于试验结果,从火灾增长指数、火灾性能指数、热危险性评价等方面讨论了2种油品的火灾危险性:自动变速器油趋于较长燃烧时间,无级变速器油火势增长较快。点燃时间与辐射强度呈指数关系,通过拟合得到2种油品的拟合指数均为0.55。自动变速器油和无级变速器油的临界辐射强度分别为2.949kW/m~2和0.961 kW/m~2。引入Petrella评价体系来判断油品的闪燃危险性,发现油的闪燃危险性随辐射强度增加而增加,综合考虑可得自动变速器油的危险性高于无级变速器油的危险性。因此,建议采取防辐射、安全隔离、选用安全性高的油品等措施来进行火灾预防。     

基于锥形量热仪的计算机显示器燃烧特性分析

利用锥形量热仪对计算机显示器材料进行小尺寸燃烧性能试验研究,通过改变锥形量热仪的热辐射强度模拟中、小规模火灾。分析火灾中显示器样品的热释放速率(HRR)、质量损失速率、CO产生率和比消光系数。试验发现当热辐射强度为35 kW/m2时,计算机显示器的热释放速率比其在热辐射强度为75 kW/m2时多一个加速增长阶段,主要原因是在此热辐射强度下,材料热解速度缓慢,表面炭层厚度逐渐增厚,热量积聚后,材料热解速度增大,热释放速率加速达到第二个峰值;显示器材料在2种热辐射强度下的质量损失速率分3个阶段,炭层的包覆作用对其质量燃烧速率影响较小;显示器材料在燃烧过程中CO产生率、比消光系数和质量燃烧速率成线性递增关系。试验结果可反映显示器在真实火灾中的燃烧特性。     

霉变对储存水稻燃烧行为影响的研究

储存水稻火灾危险性研究具有重要意义。通过研究霉变对储存水稻燃烧行为的影响,确定其火灾危险性。锥形量热燃烧实验(Cone Test)结果显示,霉变样品可以在更小的外加辐射下被点燃;在四种热辐射(25 kW/m2,35 kW/m2,45 kW/m2,55 kW/m2)下,霉变样品的着火时间(TTI)与火灾性能指数(FPI)均小于未霉变样品;而火灾蔓延指数(FGI)高于未霉变样品。Cone Test结果表明霉变显著提高了储存水稻的火灾危险性。差示扫描量热仪(DSC)测试发现在低温时霉变样品比未霉变时吸热焓值提高了3.6倍,表明其析出了更多的小分子挥发物。结合气相质谱联用(GC-MS)测试确定了霉变样品析出的挥发物中含有醇类, 酯类和醛类等易燃物。采用稳态管式炉(SSTF)进一步研究储存水稻的充分燃烧行为,结果显示热释放量及烟气毒性与样品质量(20 g,40 g)以及一次进气量(10 L/min,20 L/min,30 L/min)有关,霉变对于两者的影响较小。     

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。     

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。     

A numerical model to simulate smouldering fires in bulk materials and dust deposits

A numerical model is presented which consists of a set of partial differential equations for the transport of heat and mass fractions of eight chemical species to describe the onset of self-ignition and the propagation of smouldering fires in deposits of bulk materials or dust accumulations. The chemical reaction sub-model includes solid fuel decomposition and the combustion of char, carbon monoxide and hydrogen.The model has been validated against lab-scale self-ignition and smouldering propagation experiments and then applied to predictions of fire scenarios in a lignite coal silo. Predicted reaction temperatures of 550 K and propagation velocities of the smouldering front of about 6 mm/h are in good agreement with experimental values derived from lab-scale experiments.     

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。     

阻燃剂对棉布和地毯热解燃烧性能的影响研究

研究了氢氧化铝和三聚氰胺氰尿酸盐对棉布和地毯热解和燃烧行为,考察了阻燃剂添加量对棉布和地毯点燃时间、热解速度和火焰持续时间的影响,并利用锥形量热仪测定了添加阻燃剂前后材料在点燃时间、热释放速率、质量损失速率和CO释放速率的变化,结果表明海水中添加10%的Al(OH)3和MCA可显著降低棉布和地毯的热解速度及热释放速率.     

纳米氢氧化铝三相泡沫制备研究*

为更好地解决煤矿采空区煤炭自燃问题,以十二烷基硫酸钠为主体进行发泡剂复配,通过泡沫性能测试实验,研制出高性能发泡剂。以纳米氢氧化铝作为固相颗粒,制备出发泡倍数高、稳定性强的纳米氢氧化铝三相泡沫,使用锥形量热仪研究其高温阻燃能力和消烟性能。实验结果表明:当纳米氢氧化铝的质量分数从0提高到1%时,泡沫体积从500 mL增长至830 mL;当质量分数从3%提高到4%时,泡沫析液半衰期由15 min提升至42 min,且能在完全析液后保留三维网状结构。在高温阻燃和消烟能力方面,纳米氢氧化铝三相泡沫的加入将点燃时间从24 s延长至87 s,持续燃烧时间从835 s缩短至325 s,热释放速率高峰值从97.2 kW/m2降低至49.8 kW/m2,烟气生成速率峰值从0.064 m2/s降低至0.012 m2/s,对CO,CO2释放速率也有一定抑制作用。