原油罐沸溢火灾发展阶段及沸溢发生时间试验研究

为观察原油储罐沸溢火灾燃烧过程,探究影响沸溢发生时间的因素及规律,利用小尺寸模拟储罐开展原油罐火灾模拟试验研究。根据火焰图像与质量燃烧速率变化,原油罐火灾可以划分为扩展、稳定燃烧、沸溢燃烧、火焰熄灭4个阶段。在考虑油罐尺寸与初始油层厚度的基础上,建立原油罐火灾沸溢发生时间预测模型。结果表明,沸溢发生时间与初始油层厚度和油罐直径的比值呈正比关系。     

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。     

比较FDS和FLUENT在池火灾模拟中的应用

热辐射是池火灾燃烧的主要危害之一,可能导致人员伤亡或设备设施损坏。油罐火灾是典型的池火灾。本文通过对无风情况下油罐火灾火焰形状进行理论模型分析,建立了各自的物理模型和几何模型。应用计算流体动力学软件Fluent和火灾动力学模拟软件FDS,对无风情况下池火灾对周围大气环境的热辐射强度进行模拟,得到了火焰周围入射热流密度分布图,运用软件Statistica拟合得出热辐射强度与距离火焰中心的水平距离的对应关系,分别计算出轻伤半径区域下的最小安全距离。数值模型模拟结果与池火灾经验模型进行比较,发现FDS辐射强度结果与经验模型结果吻合较好。分析了利用这两种模型模拟油罐火灾各自的优点和缺点,最后提出了运用FDS软件模型模拟油罐火灾时的优势。     

油罐区火灾燃烧特性及水喷淋防护作用仿真研究

为提高油罐区火灾的消防应急能力,降低事故后果严重程度,基于动态火灾仿真软件FDS建立油罐火灾后果及喷淋特性仿真预测模型,研究横向风条件下油罐火灾燃烧特性,分析火焰几何特性、温度与热辐射空间分布等关键参数,根据温度与热辐射伤害准则确定危险区域范围,并评估不同喷淋强度对火灾事故的防护作用。研究表明:无喷淋条件时下风罐罐顶下方8 m范围内热辐射强度可能导致钢架结构物倒塌;从标准喷淋强度增大至1.5倍喷淋强度对于临罐的保护作用并没有明显提升。     

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。     

基于CFD的大型储油罐区池火灾数值模拟*

为研究大型储油罐区池火灾温度、热辐射强度、流速、组分等燃烧特性参数在油罐外不同区域的变化规律，以10万m3原油储罐区为研究对象，构建罐区池火灾燃烧数学模型，运用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术进行数值模拟研究。结果表明:整个火场温度大致呈锥形分布，火焰温度最高可达1 500 K，纵向来看，底部温度较高，上部温度逐渐降低，径向来看，中心温度较高，周围温度逐渐降低；随着距罐壁以及距罐顶距离的不断增加，热辐射强度均呈现逐渐降低的趋势，最高热辐射强度为132 kW/m2；罐顶上方区域存在火焰卷吸现象，中心位置流速最大，最高可达56 m/s，罐底区域存在火焰贴壁现象；得到燃烧产物（CO和CO2）的体积分数分布，以CO体积分数为0.001作为判断依据，推断出火焰高度为120 m。研究结果可为今后此类火灾事故的防治提供理论支撑。     

池火灾下立式油罐喷淋冷却数值模拟研究

从燃烧速率、火焰高度和火焰温度、热辐射通量三个方面详细论述了池火灾模型,并通过实验、计算和模拟进行对比研究。建立小型立式油罐模型,模拟得到罐壁温度的最大值在750 K左右,火焰温度在1 200 K以上,与试验值吻合。对罐壁进行喷淋冷却,根据规范进行合适布置,选取不同的水喷淋流量,得到罐壁温度增速随着喷淋强度的增大而减缓,12 L/(min·m~2)左右已可满足冷却需求的结果。     

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。     

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。     

聚合物燃烧火焰辐射及其温度的估算

受限空间中，通风对于燃烧状况和火焰辐射特性有重要影响。本文根据火焰中炭颗粒的生成及其受通风的影响，提出了关于聚合物燃烧火焰辐射和平均辐射温度的估算方法。计算了几种典型聚合物的火焰辐射及其平均辐射温度，并讨论了通风、燃料组成、炭颗粒和燃烧尺度的影响，旨在加深认识通风条件对于火焰温度及其有关辐射特性的影响，为受限空间中燃烧过程的分析提供依据。     

高海拔铁路隧道火灾燃烧特性试验研究

采用火灾模型试验的研究方式,在高海拔特长铁路隧道——关角隧道(32.645 km)的斜井内进行火灾燃烧的全尺寸模型试验,测得不同火灾规模条件下隧道内温度和烟气分布,通过分析试验结果,得到高海拔隧道火灾的燃烧特性。研究结果表明:隧道拱顶处温度高于隧道中心线附近温度;火源附近温度最高,隧道内各位置温度随着距火源点距离增加而降低;纵向风速对隧道内烟气分布有重要影响,火源下游温度高于上游温度。结合试验的分析结果,就高海拔隧道火灾防灾救援设计提出建议。     

隧道混合燃料火灾燃烧蔓延特性实验研究

隧道火灾一直是火灾科学研究领域的重要问题之一。近年来,隧道火灾中由于燃油泄漏而引起的火蔓延现象是一个新兴的研究热点。利用小尺寸(1:10)的隧道火灾模拟实验平台,开展了薄油、窄油池机制下不同混合比例下正丁醇-柴油燃烧特性实验研究。结果表明,根据正丁醇比例,可将正丁醇-柴油混合燃料分为两类。当正丁醇比例不大于20%时,主火焰蔓延速度线性增大,闪燃火焰则由间断变为持续存在且波长由14.17 cm减小到8.42 cm;油面温升速率逐渐增大;当正丁醇比例大于20%时,主火焰蔓延速度接近正丁醇蔓延速度(3.33 cm/s),闪燃火焰持续存在且波长在8.3 cm左右;油面温升速率基本相同。研究结果为认识隧道混合燃料火灾燃烧特性提供了参考。     

油罐扬沸火灾热辐射危害研究

针对油罐扬沸火灾热辐射强度难以计算的问题,采用分阶段法计算油罐扬沸火灾热辐射强度.采用圆柱火焰模型计算油罐扬沸火灾中准稳态燃烧阶段的热辐射强度,结果与试验值一致.建立油罐扬沸阶段的油品沸溢半径计算模型,并结合点源模型计算扬沸阶段的热辐射强度,计算结果与试验结果吻合较好.计算油罐扬沸火灾油品沸溢半径和热辐射强度,特别是扬沸阶段的热辐射强度,可为降低油罐扬沸火灾的热辐射危害提供理论依据.     

磁场对扩散火焰特性的影响

通过磁场对扩散火焰特性影响的研究，可以发现磁场能够改变火焰的燃烧特性，使火焰的温度升高，而火焰的高度有所降低。这能使我们更精确地了解实际火灾过程中火焰的燃烧特性，掌握火灾的特点，为减灾和灭灾提供有益的参考。     

庚烷池火多火源燃烧特性的实验研究

多火源燃烧是森林火灾和城市群发性火灾中重要而又特殊的火灾现象,相关研究很少。通过恒定控制液面高度的实验系统,对直径0.1m、0.2m和0.4m的庚烷池火在单个火源、两火源燃烧和三火源线性排列时的火焰高度、火焰体积和燃烧速率等特性进行了实验研究。研究发现,三火源燃烧时中间火源的火焰高度、火焰体积和燃烧速率明显高于两火源燃烧和单火源燃烧,三火源燃烧时边上火源与两火源的燃烧状况难以区分。这些燃烧特性随着火源间距的减小,呈现增大趋势。热量反馈增强和空气卷吸受限这两种火源相互作用机制相互耦合,且随着火源间距的减小而增强,在S/D（S为火源间距,D为油池直径）为2～4时,两种机制强烈竞争,在其他参数范围内热量反馈增强效应占主导作用。研究还发现火焰体积与热释放速率有较好的线性相关关系,单位火焰体积的热释放速率约为1614kW/m3。     

小麦淀粉粉尘云火焰传播特性研究

为探究受限空间内小麦淀粉粉尘爆炸燃烧特性,利用自行设计的小尺度粉尘爆燃试验平台、高速摄影系统、微细热电偶等对管道内小麦淀粉粉尘爆燃过程进行试验研究,分析粉尘云质量浓度对火焰传播特性影响。试验结果表明,小麦淀粉粉尘爆燃火焰表现出明显非均相燃烧特性;随粉尘云质量浓度增加,管道内火焰传播速度和火焰峰值温度均表现出先增大后减小的特征,该试验条件下,在粉尘云质量浓度为520 g/m~3时达到最大值;当粉尘云质量浓度低于520 g/m~3时,粉尘火焰的最大火焰传播速度与火焰峰值温度线性相关。     

不同粒径铝粉火焰传播特性试验研究

为探索不同粒径铝粉火焰结构及其传播特性,用一竖直粉尘燃烧管道试验装置进行铝粉燃烧试验。借助高速摄像设备,观察不同粒径铝粉的火焰形态。利用微细热电偶记录铝粉火焰温度变化。分析不同粒径铝粉火焰的传播速度与铝粉火焰最高温度的关系。结果表明,铝粉粒径越小,火焰越平滑,燃烧越充分、越剧烈,火焰传播速度增长越快;铝粉火焰传播速度和火焰最高温度均与其粒径成反比。     

中庭火灾烟气流动数值模拟

根据中庭火灾特点 提出了考虑辐射换热损失和壁面传热损失、不考虑燃烧过程、视火焰为体积热源,浮升力作用下火灾烟气湍流流动的场模型,并将辐射换热损失计人壁面传热损失,简化辐射换热模型计算,运用该场模型对中庭模型实验装置火灾烟气流动进行了数值模拟,采用通用软件PHOENICS进行数值计算,研究表明,数值模拟结果与中庭模型实验装置火灾试验结果吻合;以热源模拟火焰的方法对分析中庭火灾烟流发展规律可行。     

惰性气体结合细水雾抑制锂离子电池燃烧试验研究

为研究锂离子电池热失控过程中的相关特性,在细水雾基础上加入惰性气体进行抑制锂离子电池火灾试验。选取荷电状态为0%、50%、100%的磷酸铁锂电池分别在空气、N_2、CO_2气体环境中研究热失控特性;在热失控研究基础上,利用细水雾喷射装置开展锂离子电池热失控灭火试验,对比分析锂离子电池热失控爆发时间、温度变化、灭火时间等参数。结果表明:锂离子电池热失控经历鼓包破阀、初期喷火、稳定燃烧、火焰衰减、火焰熄灭、火焰复燃阶段; N_2、CO_2均能降低锂离子电池燃烧温度,减弱爆炸强度,CO_2与纯水细水雾抑制锂离子电池燃烧效果优于N_2与纯水细水雾,证明惰性气体与细水雾对锂离子电池火灾的协同抑制作用。     

磷酸铁锂电池组燃烧特性研究

为明确锂电池的火灾危险性,对不同数量磷酸铁锂电池组火灾时的电池表面温度、火焰形态、火焰温度、热释放速率、质量损失损率以及可燃气体体积分数等燃烧特性参数进行试验研究。结果表明:磷酸铁锂电池组的热失控温度约200～300℃,呈现集中燃烧,气相火焰温度可达1 100℃;磷酸铁锂电池组电池数量增加,喷射火焰出现的次数增多,热释放速率峰值相应出现;电池组最大质量损失速率随电池数量的增加呈幂函数变化,放热量与电池数量的1. 28次方成正比。