Numerical and experimental study on flame spread over conveyor belts in a large-scale tunnel

Conveyor belt fires in an underground mine pose a serious life threat to the miners. This paper presents numerical and experimental results characterizing a conveyor belt fire in a large-scale tunnel. A computational fluid dynamics (CFD) model was developed to simulate the flame spread over the conveyor belt in a mine entry. Thermogravimetric analysis (TGA) tests were conducted for the conveyor belt and results were used to estimate the kinetic properties for modeling the pyrolysis process of the conveyor belt burning. The CFD model was calibrated using results from the large-scale conveyor belt fire experiments. The comparison between simulation and test results shows that the CFD model is able to capture the major features of the flame spread over the conveyor belt. The predicted maximum heat release rate, and maximum smoke temperature are in good agreement with the large-scale tunnel fire test results. The calibrated CFD model can be used to predict the flame spread over a conveyor belt in a mine entry under different physical conditions and ventilation parameters to aid in the design of improved fire detection and suppression systems, mine rescue, and mine emergency planning.     

Dynamic numerical simulation of coal mine fire for escape capsule installation

Fire in mine laneway leads to disordered ventilation system airflow, and smoke will result in staff poisoning. In such situation, it necessitates to install a rescue capsule in the common staff area. In this paper, the software Fluent was used to simulate the airflow conditions dynamically in No. 5 belt roadway of Kongzhuang Coal Mine when fire broke out. The migration law of CO front was determined. By underground escape experiments, personnel escape velocity model in pathway was established. Based on the numerical simulation and results of field experiments, the escape capsule installation location in the passageway of No. 5 belt roadway was ascertained.     

煤矿火灾烟气流动传播过程仿真研究

煤矿发生火灾后会生成大量有毒气体并产生火风压,烟气在火灾动力的影响下出现状态紊乱,研究煤矿火灾烟气流动传播过程对控制火情有着重要意义。基于国内外研究现状,对燃烧及风流特点进行分析,建立了煤矿火灾烟气流动数学模型,并利用CFD软件进行仿真。研究表明:无通风工况下的烟气为对称流动;随着风速增加,出口处温度降低,烟气向风流入口处的流速减小。     

障碍物后池火与水喷淋相互作用的数值模拟

采用大涡模拟方法数值模拟了障碍物后池火与水喷淋的相互作用问题，研究目的是探讨水喷淋对障碍物后池火的控制和抑制的有效性，以及障碍物对流动特性和温度场的影响。文中采用低马赫数近似下三维可压缩滤波形式的Navier—Stokes方程和组分方程进行有限差分数值求解，燃烧过程中所产生的热释放采用携带燃烧反应热的Lagrangian粒子(热元模型)来模拟。文中数值模拟了风洞内障碍物后热源产生的热气流及其与水喷淋的相互作用，并探讨了在有无水喷淋情况下的温度场和速度场特性，以及喷水装置位置对温度场的影响。     

矿井火灾时期的风流远程控制系统

控制风流是矿井火灾时期救灾的最有效手段之一。笔者研究并提供了两种风流远程控制系统 :一种以压气作为动力源 ,利用矿井环境监测系统传输控制命令 ,通过电磁阀控制气缸实施对井下风门的远程控制 ;另一种以电力为动力源 ,利用井下电话线传输控制命令 ,通过对电机开关的控制 ,实现对风门开启的远程控制。值得推荐并具有创新性的技术是这两种控风系统的风门控制器 ,均用单片机开发 ,具有智能分析功能、远程控制和自动检测、监测特点 ,既可进行远程手动控制 ,又可实现程序控制。这两种风门远程控制系统已在兖州南屯、枣庄柴里等煤矿应用并获得成功 ,为矿井的抗灾消灾提供了一种现代化的技术手段     

储罐两环段喷淋圈管对供给强度的影响

国内储罐火灾爆炸事故时有发生,储罐消防冷却系统实施有效的冷却是控制火势和扑救初期火灾的主要因素之一。为了研究油罐消防喷淋系统在灭后冷却中的影响,本文选取4座5×10~3内浮顶罐组,开展消防冷却水系统喷洒实验,通过测试分析发现:实际的冷却水供给强度不满足规范的要求,并探讨了储罐固定冷却水系统供给强度不足的原因,结合分析的原因建议对规范中着火罐和临近罐供水强度要求统一均为2.5 L/(min·m^2),其冷却水喷淋圈管设置应为四段以上。     

矿井风流温度预测分析研究

随着煤矿机械化程度不断提高,特别是随着开采深度逐渐增加,矿井热害问题日益突显,高温环境不仅影响生产效率而且严重危害着工作人员的健康。为了更好地降低高温矿井开采时期巷道风流温度,确定合理的巷道布置方案和矿井通风系统,提出矿井巷道风流温度预测方法。以矿井通风和热力学为基础,结合网络解算,对矿井风流温度分布进行研究,总结各种类型巷道风流温度的计算方法,提出多点风流混合温度计算模型。结合具体矿井进行实际预测分析,预测结果中显示风流温度可能超限的巷道,对通风系统进行优化设计。     

矿井火灾严重程度评价

频发的矿井火灾造成了重大的人员伤亡和财产损失。对矿井生产安全的风险评价是提高其本质安全程度、减少事故发生的重要手段。笔者通过对矿井火灾燃烧过程与烟流在井巷里流动过程的分析,建立了矿井火灾烟流最高温度、烟流氧气浓度以及污染区域井巷烟流温度的数学模型;给出了用矿井火灾烟流污染范围、烟流中氧气浓度、烟流温度组成的矿井火灾严重程度评价模型;建立了火灾严重程度评价模型的特征线解算方法;并对一个9个分支的矿井通风网络进行了评价计算。     

煤矿井下隐蔽火源反演研究

煤矿井下由于煤炭自燃引发的火灾是煤矿生产过程中一大突出灾害,一旦发生火灾将严重影响煤矿的正常生产,这不仅威胁着井下人员的生命安全,还会给国家带来巨大的经济损失。由于矿井下隐蔽火源是引发火灾的重大因素之一,所以要更好的解决煤炭自燃而引发火灾的问题,重中之重就是对煤炭自燃隐蔽火源位置的确定。只有准确的确定了火源的位置,才能有的放矢地进行灭火。本文结合煤矿井下煤炭自燃发火的特点,建立数学模型,把煤矿井下隐蔽火源位置确定问题归纳为热传导方程的寻源反问题,利用离散正则化方法求解热传导方程,克服了反演问题的不适定性,并应用matlab进行了反演数值模拟,验证了利用离散正则化反演方法的实用性,为防火、灭火采取措施提供了依据,在理论上也具有一定的研究与应用价值。     

火灾时期矿山通风巷道“特征环”与“关键环”的分布特征研究

为研究火灾时期矿山通风巷道风流的流动特性,基于水平巷道及火灾的物理数学模型,采用数值分析方法,研究分析火灾时期巷道内紊流充分发展截面上“特征环”与“关键环”的分布规律。结果表明:同一火灾强度和同一通风风速下,通风巷道内风速“特征环”分布特征分别存在临界风速值和临界火灾强度值;矿井火灾时期,通风风速与火灾强度均是影响巷道内风速“特征环”分布的关键因素;当巷道内通风风速大于或等于5 m/s时,火灾下风流平均风速点的位置可由正常通风时期的“关键环”特征方程进行计算。     

矿井胶带蔓延火灾的细水雾抑制影响因素研究

针对运输巷胶带蔓延火灾及火灾期间高温毒害烟气严重威胁下风侧人员和救援工作等问题,借助FDS软件构建运输巷胶带蔓延火灾模型,并基于水雾冷却降温和稀释阻挡火灾烟气扩散原理,研究胶带蔓延火灾烟气中的水雾阻烟抑制性能影响因素.结果表明:水雾对运输巷的胶带蔓延火灾具有冷却和熄灭作用,可减缓或者抑制蔓延火灾的进一步发展,对水雾下风...     

金川公司二矿区通风系统风流非定常流动规律研究

实际上 ,矿井的风流状态受多种因素影响 ,金川公司二矿区井下风流就处于非定常状态 ,为了保证生产安全 ,控制风流状态 ,采取相应的通风措施 ,开设课题研究 ,建立了井巷内空气非定常流动能量方程和通风网络中非定常流动的数学模型。根据该模型可以模拟出矿井通风系统内非定常状态下任意时刻、任意位置通过风量。通过对金川公司二矿区井下机站风机开停和风门开关引起通风系统风流的非定常流动过程的数值模拟 ,得出了受其影响区域内风流状态的变化规律 ,并为其采取通风措施和控制风流状态 ,提供了科学依据     

我国矿井环境模拟和控制技术的研究进展

计算机技术的迅速发展,极大地推动了矿井动态通风系统定量分析的研究。本文介绍了我国近年来在矿井火灾时期井下状态模拟和最优控制方面应用新技术获得的进展,并对各种定性及定量分析方法进行比较和评价。文中对建立矿井火灾时期救灾决策系统的研究方向提出了建议,以便能尽快的为矿井灾变时期的救灾指挥决策的实际应用服务。     

Full-scale experimental and numerical analysis of water mist system for sheltered fire sources in wind generator compartment

Through a series of full-scale fire experiments and numerical simulations, the effectiveness of water mist system on wind generator could be estimated, and compared with fire parameters, such as exposed or unexposed fire sources, number of nozzles, un-sheltered or sheltered fire sources, and fire source location.The experimental study found that the position of the water mist nozzles and whether the flames inside the oil pan are covered have a significant influence on overall extinguishing efficacy. The water mist system proved to have sound effectiveness on fire suppression in wind generators with sheltered fire source.According to FDS simulations of water mist systems, the simulated temperature curve declined more significantly than that for the actual measurements, indicating that the cooling effect of the simulated water mist was better. However, simulations were used for a situation where water mist was unable to directly extinguish the fire. Analysis of the simulated airflow showed that an opening caused the water to discharge outwards and the airflow was disturbed by the outside; thus, the extinguishing effect was poorer. There was less water with a sheltering object, and thus the extinguishing effect was poorer.     

基于FDS的综合管廊电缆火灾烟气优化控制模式研究

为给火灾情景下管廊检修人员应急疏散和外部消防救援提供有益指导，采用火灾动力学软件对不同的通风系统（自然通风、机械负压通风和全面机械通风）与防火门、喷淋系统的不同开启状况等12种组合模式下的温度、能见度等参数变化进行分析，探究综合管廊火灾烟气优化控制模式。结果表明:进风系统、排烟系统、喷淋系统以及防火门合理的优化组合模式能够达到有效控制管廊火灾烟气的目的；火灾情景下，自然通风系统不能有效控制火灾烟气的发展，而机械负压通风和全面机械通风系统，如能及时启动喷淋以及关闭防火门，管廊内的烟气便可得到有效的控制。研究结果可为应急条件下人员疏散提供参考。     

受限空间内细水雾与火相互作用的实验研究

细水雾灭火系统作为卤代烷系列灭火剂的替代产品之一，以其高效无毒、经济实用的优点，近年来在国际上研究得非常活跃。本文在受限空间内利用先进的材料热释放速率测量仪研究了细水雾与火的相互作用过程，并得到了以下结论：细水雾通过汽化吸热冷却燃料及氧化剂、体积膨胀隔氧以及吸收热辐射降低对燃料的热回馈等效应与火相互作用，达到控制和扑灭火灾的目的，在受限空间内汽化隔氧效应起着重要作用。     

Characteristics of large cooking oil pool fires and their extinguishment by water mist

Large cooking oil pool fires, occurring in industrial oil cookers, present a severe hazard to food processing plants due to their size and the large amount of hot oil involved. This paper reports a series of full-scale fire experiments conducted in a large industrial oil cooker mock-up. The characteristics of large cooking oil pool fires and the effect of oil depth and hood position in the oil cooker on fire growth were studied. The use of water mist for extinguishing large oil pool fires and their extinguishing performance under different discharge pressure and with different types of water mist systems were investigated. Experimental results showed that the cooking oil underwent a substantial expansion in volume during heating. The fires developed quickly once the oil auto-ignited. The fire growth rate was affected by the oil depth in the pan and the hood position in the oil cooker. The water mist fire suppression systems effectively extinguished large cooking oil fires and prevented them from re-igniting. Their extinguishing performance was determined by the type of water mist system, discharge pressure and hood position in the oil cooker.     

闭式细水雾喷头参数对启动时间及控温效果影响研究

为研究闭式细水雾喷头的公称动作温度、流量系数2个参数对喷头的启动时间及控温效果的影响,选取9种2参数不同的闭式细水雾喷头进行房间火试验,并记录下喷头启动时间与引燃物正上方烟气温度,分析不同的参数对喷头启动时间及控温效果的影响。试验结果表明:闭式细水雾喷头的公称动作温度与流量系数均对房间的控温效果有影响;闭式细水雾喷头的公称动作温度与喷头启动时间有明显关联性,流量系数对启动时间无明显影响。选择公称动作温度、流量系数合理的喷头对控温灭火和防止火灾蔓延有重要意义。     

火源位置对腔室火流动特性影响的实验研究

腔室火流动特性是影响腔室火灾蔓延与通风状况的重要因素。通过一系列小尺度腔室火实验,研究了火源位置变化对腔室火流动特性的影响。实验结果表明,随着火源沿腔室底部从壁面向开口方向移动,在开口中性面以上,同一高度处压差与流速增大,中性面高度和烟气层高度均降低,并导致开口质量流率增大。与火源强度相比,火源位置变化对烟气层高度的影响更为显著。火源位置对中性面高度及烟气层高度的影响在壁面处及开口处更为显著,腔室中部位置变化的影响相对较小。火源由壁面向开口移动,会造成火焰高度降低和水平伸长量增加。基于实验数据,给出了考虑耦合火源位置的腔室内火焰水平伸长量的表达式。研究结果可为相关场景下的腔室火灾理论模型提供实验结果支撑。     

高架仓库内喷头热响应性能研究

基于喷头热响应性理论的研究成果,主要研究了在给定响应时间指数和喷头动作温度的务件下,高架仓库所用快速响应早期抑制喷头(ESFR)的热响应性能,并结合案例,对高架仓库内喷头热响应性能的主要影响因素进行了定量分析,得出喷头热响应性能与环境温度和火源功率之间的关系。研究结果可为高架仓库自动喷水灭火系统的设计和评估提供一定的参考。