煤燃烧特性热重试验研究及动力学分析

为了研究煤样挥发分、氧化程度及燃烧时氧气浓度对煤样燃烧难易程度的影响,设计并完成有关相应影响因素的3组热重分析(TGA)试验。采用等转化率法和特征温度分析法进行数据分析。结果表明:特征温度法显示煤燃烧时高挥发分煤样的特征温度较其他煤样低;等转化率法显示高挥发分煤样的各转化率下活化能也均低于其他煤样。2种方法的分析结果一致,都显示挥发分含量高的煤样较其他煤样易于燃烧。分析不同氧化程度下的煤样燃烧热重曲线和不同燃烧时氧浓度情况下的热重曲线得出,氧化程度越高,燃烧时氧浓度越高,煤越早开始燃烧,燃烧速度也越快。     

典型碳纤维环氧复合材料火灾特性研究

为研究碳纤维环氧复合材料的火灾特性,用锥形量热仪等仪器,对单向碳纤维预浸料、双向碳纤维布和碳纤维夹层板等3种典型材料进行试验,测定其燃烧速度、极限氧浓度、热释放速率(HRR)、失重率等性能参数,分析其热稳定性和燃烧特性。结果表明,点燃位置对材料的火焰传播速度影响较大,底部点燃时燃烧速度较快;泡沫芯材受热易形成炭层,炭层能降低火焰传播速度、增大极限氧浓度;泡沫芯材在较低温度下就会受热分解,其点燃时间、达到HRR峰值时间、热解和放热时间均提前;当采用相同环氧体系时,织造方式对碳纤维复合材料燃烧性能和热稳定性能影响不大。     

氧浓度对煤绝热氧化过程特征的影响

为研究不同浓度氧气对煤低温自然发火的影响,对煤自燃灾害防治的理论研究和现场实施提供支持,设计煤在通入不同体积分数(20%,50%和100%)氧气条件下的绝热氧化试验方法,得到3种试验条件下煤自热升温的温度-时间关系曲线,分析升温速率(R)、表观活化能(Ea)以及特征温度(Tc)与氧浓度的关系。结果表明:随着氧浓度的升高,煤的自热升温速率增大、升温过程缩短,而表观活化能值和特征温度均无明显变化。     

典型装饰织物在不同氧浓度下热分析研究

人民生活水平的提高使人民对室内环境的舒适程度提出了更高要求 ,室内装饰织物的用量迅速增加 ,室内装饰织物在燃烧时会释放出大量有毒物质和热量 ,对人及环境构成了巨大危害。因此 ,研究装饰织物的燃烧特性非常重要。笔者利用热重 -差热 (TG -DTA)分析仪对纯棉、棉麻和腈纶这几种典型的装饰织物在不同的氧气浓度 (10 % ,15 % ,2 1% )和升温速率 (10K/min ,30K/min)条件下进行了热重分析 (TG)和差热分析 (DTA)实验 ,研究了它们的燃烧特性 ,并着重进行了不同氧浓度下的对比研究 ,发现试样的燃烧分为两个阶段。建立了以一级反应模型为主的动力学方程 ,并得出了各阶段的动力学参数、表观活化能和频率因子。     

阻燃与未阻燃装饰装修木材在不同氧浓度下的热分析

利用热重分析仪对常见木质装饰装修材料白杨、白桦、红松以及这三种材料的阻燃品,在不同氧浓度条件下进行了热重分析(TGA)实验,通过对失重(TG)曲线、失重速率(DTG)曲线的分析,深入探讨了氧气体积分数对样品热解过程的影响.结果表明:对三种天然木材样品而言,氧浓度增大,样品的TG曲线左移.氧浓度对阻燃样品热解失重曲线的影响较小.热解过程用简单的动力学模型进行了模拟,确定了热解主反应段的动力学参数、表观活化能和频率因子,得到了各阶段的动力学方程.     

阻燃剂对聚乙烯垂直燃烧烟气成分的影响

本文采用烟气成分分析仪、垂直燃烧测试仪对添加几种不同类型阻燃剂的低密度聚乙烯进行实验研究,讨论了不同阻燃剂及其含量对PE燃烧烟气成分的影响.结果表明:PE中添加TBBA、ZB、Mg(OH)2和纯PE相比燃烧产生CO2浓度变小;含量相同时,TBBA、Mg(OH)2较ZB对PE燃烧生成CO2浓度影响大.含ZB、Mg(OH)2的PE燃烧生成CO浓度较纯PE燃烧生成CO浓度小,而添加TBBA对PE燃烧生成CO浓度影响与所添加份数有关.增大阻燃剂含量对抑制烟气中CO、CO2浓度来说并非越多越好.     

微重条件下非稳态燃烧过程的数值模拟

在建立气固相界面耦合燃烧理论模型的基础上，对微重条件下火焰在固相材料表面的蔓延进行了三维非稳态数值模拟，模型中考虑了气相燃烧过程、固相的热解和传热过程，给出了相界面的处理方法。不同算例的计算研究了环境氧浓度、环境压力对微重火蔓延的影响，并与正常重力条件下的计算结果进行了分析对比．结果基本合理。     

木屑低温耗氧特性实验研究

木屑阴燃经历常温、低温氧化蓄热、加速升温直至燃烧等三个阶段.低温氧化阶段时间最长,也是木屑发生阴燃的必要条件.木屑低温氧化需消耗氧气,而木屑低温耗氧量及耗氧浓度可直观反应其阴燃特性.为了研究木屑低温耗氧特性,建立了木屑低温氧化耗氧浓度测试装置,研究了不同种类及粒径木屑试样低温耗氧特性.结果表明:随着温度升高,通入木屑罐体后氧气浓度逐渐降低,木屑耗氧量逐渐增加;利峰木屑耗氧量存在阶梯跃升的趋势,而联华木屑该趋势不明显;联华木屑随粒径减小耗氧浓度显著增加,而利峰木屑随粒径减小耗氧浓度反而降低,但降低程度不明显.研究结果为现场灭火提供科学指导.     

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.     

富氧条件下不同泄爆面积对CH4燃烧诱导快速相变的影响

为了研究富氧条件下不同泄爆面积对CH4燃烧诱导快速相变的影响,基于自主设计搭建的CH4燃烧诱导快速相变试验台,通过改变富氧系数和泄爆面积对CH4燃烧的压力振荡特性进行研究,分析了不同富氧系数E(0.21,0.3,0.4,0.6)及泄爆面积比(0,0.25,0.5,0.75,1)下CH4燃烧的压力峰值、到达压力峰值的时间及特征时间等参数的变化趋势。结果表明,随富氧系数增大,爆炸压力峰值逐渐增大。富氧系数E=0.21时,压力峰值低于相应的绝热压力,无压力振荡;当E=0.3时,压力峰值低于相应的绝热压力且伴随压力振荡。当E为0.4、0.6时,压力峰值高于相应绝热压力且伴随压力振荡;在泄爆条件下,随富氧系数增加,到达压力峰值的时间逐渐减小。通过分析不锈钢管道中的燃烧诱导快速相变现象,发现泄爆可以有效降低爆炸压力峰值,且随泄爆面积比增大,到达压力峰值的时间提前。     

常用木质家具材料在不同氧浓度下的热分析

利用热重差热分析仪对几种常用木质家具材料在不同氧气浓度下的热分解和燃烧行为进行了研究。通过对TGA曲线，DTG曲线以及DTA曲线的分析，得出了氧气浓度对各种样品热分析结果的影响。求出了各样品的动力学参数，提出了相应的燃烧动力学反应模型。     

The influence of oxygen concentration on the composition of gaseous products occurring during the self-heating of coal and wood sawdust

This article deals with an assessment of the influence of oxygen concentration on the composition and amount of combustion products generated in the course of heating coal particles and wood sawdust at 150 °C. This was done both with normal air and at 15% oxygen in the air in an isothermal furnace. The generated gases were analyzed by a Fourier Transform infrared spectrometer. Results show that under both conditions, the same substances are formed: water, carbon dioxide, carbon monoxide and aliphatic hydrocarbons. However, the quantities changed. At 21% oxygen, the concentrations of carbon monoxide and methane were higher than at 15% oxygen both in coal and wood. The oxygen concentration was also found to affect the rates of release of CO and CO₂. The rate of release of CO was higher at 21% oxygen, but that of CO₂ was higher at 15%, indicating two different mechanisms. In all cases, the concentrations of these gases were higher for coal than for wood. The results have implications for the specification of safe conditions of storage of coal and wood substances and the selection of safety measures.     

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。     

压缩致密化阻燃木材的燃烧特性和成炭行为研究*

为增强木材的阻燃性能,采用压缩致密化工艺制备致密化阻燃木材,并对其燃烧特性与成炭行为进行研究。结果表明:压缩致密化工艺能促进木材在燃烧过程中形成更多的芳香结构以增强炭层的致密性和隔热性,进而有效阻隔热量和氧气进入木材内部,使致密化木材表现出良好的阻燃性和自熄性。压缩致密化木材的阻燃和隔热性能与去木质化程度密切相关,并随去木质化程度的增加呈先提高后下降的趋势。经过24 h去木质素处理后的致密化木材的极限氧指数增加到39.5%并达到UL94 V-0级,总释放热和2 400 s背面平衡温度相比于未去木质素的致密化木材分别下降了25.8%和21.4%,表现出最佳的阻燃和隔热性能。     

煤自燃发火潜伏期不同温度下耗氧特性的研究

为了探究地层温度的升高对采空区自燃倾向性的影响,对处于自燃潜伏期的煤展开耗氧特性和CO释放特性的研究。通过对长平矿3#煤分别进行20~60℃的封闭耗氧实验,得到了自燃潜伏期不同温度下煤的氧浓度以及CO浓度随时间变化的曲线。对氧浓度变化曲线和CO浓度变化曲线进行拟合分析得到了不同温度下煤的氧气消耗和CO生成速度,同时得到了氧浓度衰减系数和CO浓度增长系数。封闭耗氧实验结果表明:从20~60℃氧气消耗速度逐渐增大并且氧浓度衰减系数呈指数增长,CO浓度增长系数也逐渐增大并且同样呈指数增长,煤的窒熄带氧浓度临界值从20~60℃逐渐由16.8%降低到12.4%。为探究不同温度下采空区煤的自燃发火危险性,将封闭耗氧实验结果的参数应用到采空区CFD数值模拟仿真中,模拟得到随着温度升高采空区窒熄带临界氧浓度位置由200 m增长到380 m。结果表明:常温下不易自燃的煤在较高的环境温度下表现出了较强的氧气消耗和CO释放能力,并且采空区自然氧化带随着温度的升高动态变宽,增大了采空区的自燃发火危险性。     

热重实验条件下不同氧气浓度对煤自燃反应能级的实验研究

为研究不同氧气浓度对煤自燃反应能级的影响,基于热重实验分别得到6个不同氧气浓度下的煤自燃特征温度点,通过计算不同阶段内煤自燃的反应动力学参数分析氧气浓度与煤自燃反应能级关系。实验结果表明:n≠1时,氧气浓度对煤自燃反应能级(n)的影响在不同温度段内的影响不同;氧气浓度与T1,T2,T3特征温度点的关系曲线变化趋势不明显,T4~T8温度点与氧浓度的关系呈现先增大后减小的趋势。     

采空区开区注氮灭火温度场冷却过程的数值模拟

为研究开区注氮条件下,采空区遗煤自燃被抑制和熄灭作用复杂力学过程(原理),由非均质多孔介质中的渗流连续性方程、气体弥散方程和综合传热方程的联立,建立了注氮采空区煤自燃的非定常数值模型。结合实例,用迎风格式有限元方法求解。计算在不同情况下采空区自燃高温点熄灭过程,以图形方式给出了采空区的漏风流态、氮气流态,描绘灭火降温过程中,采空区氧、CO和温度分布的动态变化过程。提出了对自燃早期火灾施行开区注氮灭火的方法和适用的判定准则。理论计算得到开区注氮灭火分为两个阶段过程,即原火源熄灭和新自燃氧化区形成并自燃。指出实施开区注氮灭火应准确把握注氮时机和防止新自燃氧化区形成的工作面开采推进时机;并配合降低漏风措施条件下进行注氮。     

木材燃烧过程气相中长寿命自由基的研究

利用研制的防火液对木材进行阻燃处理,通过ＥＳＲ自旋捕捉技术和热分析仪考察其燃烧特性,对木材燃烧后长寿命自由基进行研究。实验结果表明,阻燃处理后木材的燃烧过程中长寿命自由基浓度下降,同时阻燃剂加速木材的热分解,对木材有较好的阻燃效果     

极限平衡区顶煤自燃三维非均质动态数值模拟

为探究极限平衡区内顶煤自燃规律,利用Fluent软件对顶煤自燃进行数值模拟研究。通过对顶煤移动变形及自燃特点的分析,确定顶煤自燃过程的模拟为三维非均质动态模拟,并建立数学模型,给出相关参数及边界条件的确定方法。以恒大矿某工作面为例,对其顶煤的自燃过程进行数值模拟,并分析工作面风量及煤体耗氧速度与自然发火期之间的关系。结果表明:对计算区域进行模拟所得到的速度场、氧浓度场及温度场与现场观测结果及理论结果比较吻合;工作面风量对煤体自然发火期影响较小,而对高温区域中心点位置影响较大;煤体耗氧速率与自然发火期近似成负指数函数关系。