高原乙醇油池火燃烧特性实验研究*

为研究低压条件下油品燃烧特性,以乙醇油池火为研究对象,搭建高原油池火实验平台,研究不同油盘直径下乙醇油池火燃烧规律,分析燃烧速率、火焰高度和火焰脉动等参数随时间的变化规律。研究结果表明:低压条件下的乙醇油池火,燃烧速率小于同等尺度常压条件下的油池火燃烧速率;乙醇油池火的燃烧速率随油盘直径增加变化不明显;火焰高度随油池直径增加呈现显著上升趋势,并拟合推导出适用于低压乙醇池火的火焰高度公式;火焰脉动频率随油池直径增大而减小,并给出火焰脉动与油池直径的经验公式。研究结果可丰富低压乙醇燃烧的油池火实验数据,为低压乙醇油池火的风险评估提供参考。     

100号航空汽油池火燃烧特性试验研究

从燃烧速率及热释放速率、火焰脉动特征、热辐射特性等方面研究了100号航空汽油池火的燃烧特性.通过电子天平实时采集数据并进行处理得到池火燃烧速率,利用全尺寸热释放速率测量系统测量池火热释放速率,通过图像处理技术对池火脉动特征进行分析,通过在火焰一定距离处布置热流计得到池火热辐射特性相关参数.结果表明:100号航空汽油池火稳定燃烧速率大于普通汽油燃烧速率,最大燃烧速率和衰减因子均大于普通汽油参数值;小尺寸池火热释放速率不稳定,随着油池尺寸的增大,热释放速率稳定性增强;池火火焰周期性脉动现象非常明显,脉动频率试验值与Pagni公式预测值接近;在油池液面高度产生的辐射强度随着无量纲距离L/D的增大呈指数衰减,拟合得到的曲线公式所对应参数值与油盘等效直径呈线性关系,通过此关系得到100号航空汽油池火热辐射统一方程.     

泄漏原油水面池火燃烧特性试验研究

为解决使用就地燃烧法(ISB)处理海面溢油时,燃烧效率低,除油效果不理想的问题,使用轻质原油在宽阔水面油池火试验装置中开展小尺度模拟试验。首先,设计宽阔水面油池火试验装置模拟就地燃烧处理过程;然后,测量火焰高度、系统温度和燃烧残渣质量;最后,研究不同油池直径和初始油层厚度下平均火焰高度的变化。结果表明:宽阔水面油池火的燃烧可以分为4个阶段;热波传递是沸溢产生的主要原因;燃烧效率与油层厚度呈正相关。     

垫水层对油池火燃烧特性影响的试验研究

研究垫水层对小尺度油池火燃烧特性的影响.分别测量在有、无垫水层情况下,正庚烷和航空煤油(RP-5)池火燃烧过程中质量损失速率及温度分布随时间的变化特征,同时通过摄像机记录油池燃烧过程中发生的现象.结果表明,垫水层对不同沸点燃料池火的燃烧发展过程及质量损失速率的影响截然不同.当无垫水层时,由于池壁温度超过燃料沸点,庚烷池火发生沸腾燃烧现象;而航空煤油沸点较高,燃烧过程中没有发生沸腾现象.当有垫水层存在时,由于油水界面温度超过水的沸点,沸点较高的航空煤油池火发生薄层喷溅现象;由于庚烷沸点低于水,庚烷垫水池火燃烧过程比较平稳,只发生了局部溅射现象.     

有风条件下航空煤油池火燃烧特性的实验研究

在全尺寸热释放速率实验台的基础上,搭建有风条件池火实验平台,开展了不同风速条件下的航空煤油池火燃烧实验,实验所用正方形油盘的边长分别为0.2m、0.3m和0.4m,风速范围为0 m.s-1至4.99 m.s-1。实验结果表明,风速为0 m.s-1时航空煤油池火的燃烧速率随油盘尺寸增大而单调递增,实验值与理论值的差距随风速增大而减小。实验所得.m″windy/.ms″till与v/D呈线性关系,与前人结论一致,但实验所得参数与前人值不同。同尺寸油盘池火的热释放速率峰值来临时间随风速增大有减小的趋势;不同尺寸油池火的燃烧速率随风速增加而单调递增。对不同尺寸油池火的热释放速率峰值随风速的变化规律作了讨论。     

低压环境下不同直径油池火特征参量研究

为探究低压环境下油池火的发展特征、热释放速率(HRR)及火灾危害,在全尺寸低压HRR测试平台进行正庚烷与航空煤油不同油池直径的燃烧试验,测量低压环境不同直径下油池火热流密度、HRR及气体体积分数等特征参数,分析油池火热流密度、HRR、燃烧热量与气体体积分数等特征参数随油池直径变化的特征。结果表明:在热流计与油池距离一定时,热流密度随油池直径增大而增大;在油池直径一定时,热流密度随距离增大而减小;油池直径为10～20 cm时,正庚烷燃烧热量大于航空煤油;油池直径大于30 cm后,航空煤油燃烧热量更大;相同时间内正庚烷燃烧比航空煤油产生更多的CO_2,燃烧更充分。     

TF5池火平均质量损失速率简化模型及其高原环境下的适用性研究

通过池火在常压环境下燃烧时的质量损失机理分析,对火灾探测中欧洲标准试验火TF5(正庚烷池火)归纳推导出以辐射热反馈为主导的质量损失速率简化模型,并推广到拉萨高原低压环境.该模型建立了TF5池火平均质量损失速率与火焰温度四次方的正比关系,通过对火焰温度的测量,确定燃料液面所受的辐射热反馈功率,从而推算出燃料的平均质量损失速率.同时结合合肥及拉萨两地的TF5标准火实验,对模型进行了验证,实验结果表简化模型能够反映出不同气压下TF5池火燃烧的主要过程.     

不同通风条件下柴油池火的实验研究

为了分析不同通风条件对柴油池火燃烧特性及引燃特性的影响,进行205 mm带水垫层柴油池火的引燃实验,通过对池火燃料的质量损失速率、火焰高度、温度及热辐射等的监测,分析通风环境中柴油池火的热传递规律。结果表明:当风速为0.5 m/s时,火灾进入旺盛阶段的时间提前,火焰平均温度最高;当风速为1 m/s时,风速的增加导致油池火的质量损失速率增加,位于主火源下风向的待引燃火源获得的热辐射通量增大,火灾旺盛阶段火焰的平均温度降低,火焰高度降低,下风向相邻油盘引燃的时间提前;1 m/s情况下,205 mm带水垫层柴油池火的安全间距需增加到1D以上;通风环境对池火发展及蔓延的影响是显著的,应适当加大下风向可燃物的安全间距,合理选择通风排烟风速,优化火灾应急救援策略。     

自然通风房间内细水雾与油池火作用的数值模拟

采用大涡模拟、混合物分数燃烧模型和欧拉-拉格朗日粒子运动描述法,对自然通风房间内细水雾与油池火焰作用过程进行数值模拟;探讨细水雾在火羽流的不同区域内的灭火机理;分析雾滴直径在自然通风条件下对细水雾灭火效果的影响。模拟结果表明:细水雾冷却热烟气层分为温度迅速降低和缓慢下降两个阶段;在间歇火焰区和浮力羽流区以及热烟气层主要发挥细水雾的蒸发冷却作用,在恒定火焰区则是蒸发冷却和隔氧窒息共同作用;着火区域封闭性较差时,直径较小的水雾系统的灭火效果较低。     

近墙乙醇池火热反馈对燃烧速率的影响

为了定量评估近墙乙醇池火燃烧的危险性,根据乙醇池火燃烧辐射热平衡方程,建立了简化的墙体点源辐射计算模型,与火焰高度、近墙距离等参数相关联,进而得到近墙乙醇池火墙壁热反馈下燃烧速率的理论增量,并考虑到火焰辐射的增量对燃烧速率的影响,计算得到火焰对燃烧速率的理论增量。同时,在标准燃烧室进行了5种尺寸、不同近墙距离的方形乙醇池火的验证试验。结果表明,近墙乙醇池火的平均火焰高度和燃烧速率随油盘直径增大而增大,随距墙边距离减小而增大。与距墙边30 cm的墙边火平均火焰高度相比,紧贴墙壁的平均火焰高度上升16%~20%;与距墙边30 cm的墙边火燃烧速率相比,紧贴墙壁的燃烧速率上升12%~16%。乙醇墙边池火的燃烧速率理论增量与实际测量值的偏差在5%~34%,二者具有较好的一致性,充分说明近墙乙醇池火燃烧速率的增量主要是墙壁的热反馈和火焰的热反馈共同作用的结果。     

插板对正庚烷油池火燃烧行为的影响研究

海上石油泄漏常规的处理方法是原位燃烧,加速其燃烧并使其燃尽是降低其对生态环境影响的重要措施之一。以正庚烷为燃料,在油池内插入竖直铝板,研究不同高度铝板对池火燃烧行为的影响。结果表明,插板对池火燃烧速率以及火焰高度具有明显的增强作用,随着板的高度的增加,增强作用先增大后减小,当H_p/D(板高与油池直径之比)为3.5时,增强作用最大。火焰高度、板的温度、热通量以及燃烧速率的变化趋势一致,它们的临界点均在H_p/D=3.5附近。插板后燃烧速率增大主要是因为插板自身的热传导导致了燃料的核态沸腾,使燃料接受的热反馈增大,从而加快了燃料的蒸发,增大了燃烧速率。     

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。     

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。     

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。     

航空煤油小尺度池火燃烧规律及火焰结构研究

为分析油池火灾发展的一般规律,利用小尺度池火燃烧特性试验系统,对航空煤油池火的宏观和微观特性进行试验研究,重点分析质量燃烧速率、火焰涡流结构和火焰温度的变化规律。结果表明:燃烧速率方面,油品质量随时间近似呈线性变化,瞬时燃烧速率作为时间的函数分为5个阶段,火灾的有效防控必须放在初期;涡流结构方面,不同燃烧阶段火焰涡流结构的明显程度不同,与燃烧剧烈程度成反比关系,计算出涡流结构产生频率为4~5 Hz,其产生的原因是油品蒸发、燃烧流动与火焰浮力耦合作用的影响;火焰温度方面,就整个燃烧过程而言,竖直方向轴线上火焰下部温度明显高于上部,水平方向上火焰中心与火焰边缘未燃区之间温差随高度不同而差别较大。     

低压含KCl细水雾抑制船舶油池火特性试验研究

为探究低压含氯化钾(KCl)细水雾抑制庚烷油池火的有效性,基于1. 5 m×1. 5 m×1. 0 m封闭舱室平台,开展不同KCl质量分数(5%、10%、15%、20%)的低压细水雾(0. 2～0. 6 MPa)抑制庚烷油池火焰特性试验,分析不同KCl质量分数、不同喷射压力下庚烷质量损失速率及火焰高度的变化。结果表明:低压纯水细水雾可强化油池火焰燃烧,含KCl添加剂低压细水雾能有效抑制油料火的发展,其中0. 6 MPa压力下20%质量分数KCl溶液灭火效果最好。KCl溶液质量分数的增加,可降低庚烷平均质量损失速率,使火焰高度整体下降;喷嘴压力的升高,同样可降低燃油平均质量损失速率,缩短火焰波动时间,使燃烧提前进入衰减阶段。     

高原与平原地区油池火燃烧特性对比试验研究

为研究高原环境液体燃烧时火焰特性参数与平原地区的差异,在拉萨和合肥进行了汽油油池火燃烧试验.结果表明,在燃料类型和油盘尺寸相同的条件下,两地汽油和柴油的质量燃烧速率之比等于大气压力之比,且高原地区的汽油火火焰比平原地区细长. 随着高度的增加,高原地区羽流中心温升的下降幅度减小,且幅度小于平原地区. 相同燃烧速率下,高原地区小尺寸油盘的油池火高度和中心温度大于平原地区,McCaffrey羽流温升公式不适用于计算低压环境下小功率火源.研究表明,由于氧气含量和压力的不同,高原地区燃料的燃烧特性与平原呈现不一样的规律.进一步研究环境压力对燃料燃烧特性的影响规律,可为研究高原火灾发展规律及火灾防治技术提供理论指导.     

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。     

浮顶储罐环形池火轴向温度分布研究

为提高大型浮顶储罐的消防应急能力,利用乙醇开展3组环形池火燃烧试验。首先测量池火燃烧的质量损失速率、轴向温度和温度场分布等参数;然后将试验温度测量值与经典羽流模型计算值进行对比;最后修正羽流轴线温度计算模型。结果表明:环形池火出现火焰融合阶段,导致池火的燃烧速率相对于圆形液池(0. 62 g/s)分别增加8. 1%和48. 4%;火焰的轴向温度均呈现先增大后减小的趋势,导致燃烧的最高温度在火焰轴线高度的20%～60%处,得到的修正模型计算值与实测温度更加吻合;在热成像图中融合火焰产生的热气流会增强对外界的热扩散危害。     

KI50X特高压变压器油火灾特性参数分析

为了获得KI50X特高压变压器油火灾特性参数,在大空间试验厅中,通过在不同尺寸油盘中燃烧KI50X型特高压换流变压器油,测量了燃烧速率、火焰平均高度、羽流轴向温度等燃烧特性参数。详细讨论了燃料初始温度、燃料厚度、油池直径等对燃烧速率、火焰平均高度、羽流轴向温度的影响。燃料厚度对质量损失速率有较大影响,燃料厚度为20mm时,可以观察到包括:(Ⅰ)初始增长、(Ⅱ)准稳态燃烧和(Ⅲ)衰减至熄灭3个典型燃烧阶段,因此燃料厚度都设为20 mm。当初始燃料温度从25℃升高到90℃时,会出现整体沸腾现象,导致质量损失率出现第二个峰值。此外,分别提出了在常温(25℃)和高温(90℃)下,油池直径与稳定阶段燃烧速率的关联式参数。通过对试验数据的拟合,在过渡火焰和总湍流火焰条件下,KI50X型特高压换流变压器油的燃烧速率符合液体燃料燃烧速率与油池直径的一般关系。火源上方无量纲高度处的轴向无量纲温度分布与Z/D成正比。拟合得到的轴向平均温度分布关系式表明,随轴向高度与KI50X变压器油池直径之比的增大,轴向无量纲温度升高比生物柴油和正庚烷油池快。最后系统地给出了25℃及90℃下KI50X型特高压变压器油燃烧特性拟合公式的一系列参数。