吸气式管道尺寸及温差对烟颗粒输运的影响

在火灾标准燃烧室中,用扫描电迁移粒谱仪测量单孔采样的吸气管道内5种标准试验火烟雾颗粒浓度和粒径分布的变化,分析管道输运中管道参数对烟颗粒数目浓度损耗和中位径的影响.结果表明,在管道输运中,平均粒径相对较小的热解和阴燃烟雾颗粒.其小于0.1μm的超细颗粒部分的浓度损耗随管道长度的增加而增大,且烟颗粒平均粒径随管道增长而增大.而明火烟雾在管道输运中,由于管道与高温烟雾的温差增大,导致0.1～1 μm颗粒的管壁沉积损耗增大,使烟颗粒数浓度下降,中位径减小了几个纳米.火灾早期,火灾阴燃和热解期间小于0.1 μm的烟颗粒数目浓度占15%以上,因此,用较短的管道或者管道分级预警的方式可以减少滞留时间,提高极早期感烟探测的灵敏度.     

光散射原理在粉尘测量系统的应用研究

为预防呼吸性粉尘的危害,连续有效监测个体呼尘的质量浓度,根据光散射原理,研制以红外光发射光二极管作为光源的便携式个体呼吸性粉尘质量浓度监测试验样机,开发样机的气路控制电路和光路控制检测电路;将试验样机和对比仪器放于自制粉尘试验装置,并向试验装置通入流量为2 L/min、颗粒粒径5μm左右的粉尘气体。试验结果表明:粉尘质量浓度在0～150 mg/m3范围内,试验样机电压测量值随粉尘质量浓度的增大而增加,二者具有较好的线性关系;利用回归方程计算的试验样机质量浓度测量值与对比仪器的粉尘质量浓度测量值之间的相对误差在±4%范围内,该装置满足相关粉尘检定规程要求。     

激光片光前向散射法测量烟雾颗粒尺寸分布

提出了一种利用激光片光CCD成像测量火灾烟雾颗粒粒径的方法，结合Mie散射理论确定了采取前向散射成像的方法测量烟雾颗粒尺寸分布，针对摄影测量过程中的成像形变，给出了结合数字摄影测量DLT技术进行数字校正的方法，并对实验方法和结果进行了分析与讨论。     

负压隔离器内病毒空气传播影响因素的研究

病毒活性及病毒气溶胶粒径是病毒空气传播实验中的重要影响因素。病毒活性主要与环境温湿度有关。为了研究负压隔离器内颗粒粒径的影响因素,测量了实际运行工况下的两种粒径的颗粒浓度,并对不同换气次数、送风温度下颗粒浓度和粒径分布进行数值模拟。结果表明,不同粒径颗粒分布规律趋于一致;增加换气次数会导致气流旋涡区域颗粒浓度升高;随着换气次数的增加和送风温度的增大,颗粒平均粒径增大;减小换气次数能显著提高颗粒中0~0.01 mm粒径范围颗粒的占比。     

基于模拟退火的随机取向含核椭球颗粒粒径反演

烟颗粒的光散射数值模拟计算多采用单种匀质的球形、椭球或分形模型。实际上,多种情况下的烟颗粒并非仅由单种匀质组成,例如细水雾灭火和湿式洗涤塔除尘过程中生成的烟颗粒即是一种以碳烟颗粒作为凝结核、水为外壳的含核水凝物气溶胶颗粒。针对随机取向条件下,利用离散偶极子近似方法对轴对称的含核椭球颗粒模型进行数值模拟计算,得到光散射Mueller矩阵,并基于Lorenz-Mie散射理论,采用全局搜索能力很强的模拟退火算法,实现了单分散系的含核椭球颗粒的粒径反演。讨论分析了内核半径与外壳有效半径比q及内核折射率n对轴对称的含核椭球颗粒粒径反演的影响。粒径反演结果表明:q对含核椭球颗粒的粒径反演结果及误差影响较大,n在一定程度上影响颗粒的粒径反演。     

微米级空心玻璃微珠三相泡沫稳定性研究

基于水成膜泡沫灭火剂(AFFF),用微米级空心微珠颗粒作为泡沫稳定剂,制成三相泡沫,并研究了泡沫组成因素对发泡能力和泡沫稳定性的影响。采用控制变量法,研究了颗粒浓度、颗粒粒径、AFFF原液浓度对发泡倍数和析液时间的影响。颗粒加入对发泡能力有抑制作用;因为颗粒存在影响,三相泡沫的发泡能力随AFFF原液浓度增大而减小;40μm粒径颗粒的抑制作用相对20μm和60μm颗粒最小。颗粒浓度和AFFF原液浓度增加,能够提升三相泡沫稳定性,且泡沫析液时间随颗粒浓度增加呈指数规律变化。当AFFF原液浓度为3.0%、颗粒浓度为9%左右时,三相泡沫稳定时间约为两相泡沫的3倍,该配方三相泡沫有较好的稳定性。     

垃圾焚烧飞灰中As和Hg的粒径分布及浸出特性研究

研究重庆市某垃圾焚烧发电厂不同粒径飞灰中As和Hg的分布特性及飞灰中As和Hg的浸出毒性,探讨浸出液初始pH值、液固比及浸出时间对飞灰中As和Hg浸出的影响.结果表明,飞灰粒径<100 μm时,As含量随粒径的增大而增大,粒径>100 μm时,As含量则随粒径的增大而减小;飞灰粒径<1 000 μm时,Hg明显表现出向小颗粒富集的趋势.其中,75～100 μm灰飞中As含量最高,是粒径<38 μm飞灰中As含量的10.73倍;粒径<38 μm飞灰中Hg含量最高,是250～1 000 μm飞灰中Hg含量的3.68倍.垃圾焚烧厂飞灰中As和Hg的浸出质量浓度分别为(2.85±0.87)mg/L和(0.20±0.06)mg/L,其中Hg的浸出毒性超过国家限定标准(0.10 mg/L),是危险废物.As和Hg的浸出量随浸出液初始pH值的减小而增大,随液固比的增大而增大;As和Hg在浸出液初始pH<4时的浸出质量浓度较大,表明飞灰中As和Hg较易在酸性环境下浸出.随着浸出时间的增加,As的浸出量总体上呈上升趋势,而Hg的浸出量总体上呈下降趋势.本研究为垃圾焚烧飞灰的无害化处理和资源化利用提供了依据.     

气溶胶在全混通风小室中浓度衰减的试验研究

研究了通风小室内不同粒径气溶胶颗粒(0.3 ～ 0.5 μm、0.5～1μm、1～2μm以及2～5 μm)的沉积率在6种典型室内换气次数(6.51h-1、7.81 h-1、9.11 h-1、10.42 h-1、11.72 h-1以及13.02 h-1)下的变化情况.采用安装Laskin喷嘴的QRJ-1型气溶胶发生器产生气溶胶颗粒,使用BCJ - 1D型激光尘埃粒子计数器测量室内一点的气溶胶颗粒浓度变化.结果表明,在上述6种换气次数下,气溶胶浓度的衰减均与时间近似呈对数关系.相同换气次数下,气溶胶颗粒的沉积率随着粒径的增加而增加;对于同一粒径颗粒,气溶胶的沉积率随着换气次数的增加而增加.换气次数在9.11 h-1以下时,增加换气次数对颗粒沉积率的影响显著;换气次数在9.11 h-1以上时,增加换气次数对颗粒沉积率的影响较小.在较小的换气次数下,颗粒沉积率的增加快于换气次数的增加;而在较大的换气次数下,增加换气次效时,颗粒沉积率的增加速度与换气次数基本一致,而颗粒被排风带走的比例较稳定.     

基于数字锁相技术的飞机货舱火灾烟雾光学参数方法研究*

为解决飞机货舱火灾光学探测易受环境杂光和空气中灰尘、水汽干扰,误报率高的问题,提出1种基于数字锁相的双波长火灾烟雾探测方法。利用数字锁相技术调制双波长光源,选择性地提取微弱光散射信号,并设计前、后双向散射光探测光路。采用常见火灾材料及干扰源进行真假火源实验,依据米氏散射理论及不同粒径气溶胶颗粒对不同波长光的散射效应差异,以不对称比（AR）和双波长光强比（DWIR）作为火灾检测参数对不同粒径颗粒进行区分,根据2种火灾检测参数建立数据样本,利用BP神经网络进行分析,并加入复合式传感器实验作为对比。研究结果表明:基于数字锁相技术的火灾烟雾光学探测方法能够在一定程度上区分火灾烟雾和干扰源,误报率小于3.5%。     

基于光散射法粉尘个体监测仪研制*

为研制矿山呼吸性粉尘浓度个体监测仪,采用MIE光散射方法,试制以红外线发光二极管作为光源的呼吸性粉尘浓度个体监测仪,该监测仪主要由气路部分、光路部分及电路部分组成。利用中国安全生产科学研究院自制的粉尘简易试验装置,在气体流量为2 L/min、颗粒粒径不大于5 μm的条件下,研究试制仪器电压输出值和流入粉尘质量浓度二者的对应关系。结果表明:根据不同粉尘质量浓度下的输出电压数据,在0~300 mg/m3测量范围内,试制仪器输出电压值和粉尘浓度之间具有线性函数关系,说明呼吸性粉尘浓度个体监测仪是合理可行的;粉尘监测仪测试结果与比对仪器测量结果对比分析可知,测量误差最大为1.59%,满足粉尘检定规程要求。     

侧部集中排烟口布置对烟气层吸穿影响研究

侧部集中排烟是新型隧道火灾通风排烟模式.为探究侧部集中排烟模式下烟气层吸穿问题,采用数值模拟方法对排烟口处烟气层热物理特性的影响进行研究,改变排烟口间距、形状(长宽比)、面积、距拱顶距离等因素,分析了发生吸穿现象所对应的温度分布、烟气层厚度及排烟效率.结果表明:侧部集中排烟模式排烟口处发生吸穿现象的区域位于排烟口下部靠火源一侧空间;随排烟口间距增大,烟气层更容易发生吸穿现象;当排烟口面积一定时,排烟口的长宽比越大,排烟口发生吸穿的区域越小,吸穿现象越弱;得到了 15 MW火灾情况下侧部排烟口的最优尺寸、间距及排烟口距拱顶最佳距离.     

不同控烟方式下火灾烟气运动演化规律比较分析

为优化选择与确定最优控烟方式,最大限度地减少人员伤亡和财产损失,利用火灾场模拟软件FDS对南宁市某地下超市火灾烟气的运动过程进行数值模拟,分别探讨了自然排烟、机械排烟、喷水灭火系统、机械排烟与喷水灭火复合系统4种火灾场景下烟气的运动过程,揭示出不同场景下火灾烟气的运动演化规律.结果表明,与自然排烟相比,机械排烟对于降低CO(低0.21％)和CO2(低2.6％)体积分数效果明显,能有效阻止O2(高1.8％)体积分数与能见度降低(延缓120 s);喷水灭火系统能有效降低烟气温度(降低200℃),在一定程度上抑制O2(高1.0％)体积分数的降低;机械排烟与喷水灭火复合系统能有效降低CO(低0.24％)和CO2(低3.4％)体积分数及烟气温度(降低270℃),还能阻止O2(高3.2％)体积分数与能见度降低(延缓160s);机械排烟、喷水灭火系统均对地下超市火灾烟气蔓延有较强的阻碍作用,但每个独立系统的控烟效果远不及机械排烟与喷水灭火复合系统明显.     

纵向排烟与集中排烟下烟气控制效果的对比研究

以某特长公路隧道为研究背景,采用缩尺寸试验测试、数值模拟的方法分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究,并对比分析了两种排烟系统在火灾工况下对烟气的控制效果。结果表明,纵向排烟模式将火灾烟气控制在火源下游并从隧道出口排出,高温烟气蔓延范围较长;集中排烟模式通过排烟阀将烟气抽离行车道,有效地控制了烟气蔓延和沉降,高温烟气维持在行车道的上部空间,主要通过竖井排出隧道。采用纵向排烟模式的坡度隧道烟气控制受烟囱效应影响较大,而在设置排烟道的坡度隧道中,将排烟阀开启进行自然排烟就能有效地减弱烟囱效应。因此,采用集中排烟模式的防灾安全性能要优于采用纵向排烟模式。     

隧道半横向排烟模式下不同排烟口分布的温度场数值模拟研究

结合某过江盾构隧道,基于三维流体动力学模拟仿真软件平台,建立三维仿真模型,研究火灾发生在隧道盾构段典型区段时,排烟开口在火源上下游不同的分布模式时烟气层的温度场分布。通过分析模拟结果可知:随着火源上游排烟开口逐步增加,火源上游烟气逆流长度和蔓延速度都相对稳定而后又逐步增长,火源下游的烟气蔓延长度先减小而后又基本趋于稳定,下游烟气沉降高度则有所升高;火源位置处正上方温度则随着上游排烟开口的个数逐步增加而逐渐升高。而从其他的排烟开口变化模式模拟结果可知:随着排烟开口面积或者开口间距的逐步增大,烟气蔓延的速度先增加而后又逐步减小,且开口间距为30m左右时烟气蔓延速度相对较慢;排烟开口宽高比对烟气蔓延影响较小。所获得的结论将有助于相关类型工程的设计和管理。     

“Z型”中庭烟气流动及自然排烟特性实验研究

"Z型"中庭自然排烟设计已经在部分高层建筑中实际运用。然而,现有规范对此类设计方法无具体指导性消防安全要求,同时缺乏相关研究。通过在海南某高层建筑中开展全尺寸火灾实验,选取中庭和办公室不同火灾区域和规模,在不同外界风向和风速下,通过监测有毒气体浓度、烟气温度和能见度以及烟气层厚度等参数,研究超过12m的"Z型"高大中庭烟气流动特性及自然排烟效果,并分析其对中庭和人员安全性的影响。研究结果表明:该建筑采用"Z型"中庭能够有效排出烟气,自然排烟设计合理。所得结论可为消防部门审核该项目提供参考,也为类似高大中庭自然排烟设计提供科学依据。     

挡烟垂壁作用下狭长通道内烟气输运特征研究

为揭示挡烟垂壁对狭长通道火灾烟气特征及温度分布的影响,运用火灾动力学软件FDS,研究了狭长通道内不同高度挡烟垂壁下火灾烟流运动行为,重点探讨了密度跳跃过程及近火源区烟气特征参数变化。结果表明:挡烟垂壁增加了密度跳跃中翻滚区的长度,缩小了卷吸空气范围,造成烟气质量流率相应减少;挡烟垂壁对烟气垂直速度分布的影响主要作用在挡烟区,且与垂壁高度有关;垂高大于0.3 m,受挡烟垂壁高度影响,在垂直高度1.5~2 m位置出现一定速度的烟气逆流,速度分布曲线呈现与无挡烟垂壁不同的凹陷区,非挡烟区烟气垂直速度服从高斯分布;与无挡烟垂壁相比,挡烟垂壁上游顶棚附近温度普遍增高,下游温度衰减速率随挡烟垂壁高度的增加而加快。     

感烟火灾探测器的改进研究

火灾是一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害,对人类的生命财产和社会安全构成了极大的威胁,由此引发的重大安全事故比比皆是,所以火灾探测系统越来越受到人们的重视。通过一个模拟实验,找出了现有感烟探测系统在预防火灾中存在的不足,并将火灾探测技术与智能系统相结合,设计出了新型的探测系统,并对该系统进行了可行性和可靠性论证。新型感烟火灾探测系统减少了由于环境问题引起的误报,同时避免了由于独立式感烟火灾探测器而引起的漏报,并在实际应用中得到检验。     

半横向排烟下公路隧道火灾烟气逆流长度规律研究*

为研究不同因素对半横向排烟模式下公路隧道火灾烟气逆流长度的影响规律,采用理论分析推导火灾烟气逆流长度与火源功率、排烟速度、排烟口面积和排烟口间距4个因素的无量纲关系式,运用数值模拟研究不同因素下火灾烟气的运动规律,最后拟合得到烟气逆流长度的无量纲关系式。结果表明:在半横向排烟模式下,烟气逆流长度随火源功率的增大而增大,呈正相关关系;随排烟速度的增大而减小,随排烟口面积增大而减小,随排烟口间距的增大而减小,呈负相关关系;对数值模拟的结果进行拟合,得到相应的烟气逆流长度无量纲关系式。研究结果有助于了解半横向排烟模式下烟气流动规律及控制原理。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。