辐射和倾角耦合作用下火蔓延行为特性

火蔓延行为决定了火灾发展规律及其后果,其行为特性常常受到多个参数的共同影响。为研究外部热源辐射和倾角对火蔓延行为的共同作用,开展了一系列不同外加辐射强度和倾角的木材(樟木)表面小尺寸火蔓延实验,测量了火蔓延过程中的关键特性参数,包括质量损失速率、火焰形态以及火蔓延速率。结果表明,质量损失速率、火焰面积和火蔓延速率都随着倾角和外加辐射强度的增加而增加,而且倾角越大外加辐射对试样质量损失速率的作用越明显。另外发现,倾角较小时,V_f~(-1/2)与辐射强度存在较好的线性关系,但是倾角较大时,该线性关系就不再满足。     

试样宽度对EPDM卷材竖直火蔓延的影响

以2.0 mm厚三元乙丙橡胶(EPDM)防水卷材为研究对象,在ISO 9705全尺寸热释放速率试验台上进行竖直壁面火蔓延试验,研究了不同试样宽度条件下热释放速率、热通量及其与火焰高度的关系.结果表明,热释放速率峰值随着宽度的增加呈非线性变化.当试样宽度小于25 cm时,试样火焰高度和竖直火蔓延平均速度随宽度的增加而增大; 宽度大于25 cm时,横向火蔓延明显,火焰高度和竖直火蔓延平均速度随其增加而减小.25 cm可以看作该厚度下的试样临界宽度.由热释放速率与火焰高度关系式Xf/W=α(Q)'n得到的7种工况的n值近似为1.08,得出热通量(Q)与X/Xf的关系曲线.     

中空结构可燃物竖直向上火蔓延特性实验研究*

为探究中空结构固体可燃物竖直向上火蔓延的特征规律,针对不同试样内径(d)的瓦楞纸圆管进行竖直向上的火蔓延实验研究,探讨试样内径对其竖直向上火蔓延特性的影响。结果表明:其火蔓延过程可以分为火焰发展、稳定蔓延和火焰衰弱3个阶段,蔓延过程中对流换热占据主导地位;平均火焰高度随d的增大先增大后略微减小,在d=70 mm时达到最大;火蔓延速率和质量损失速率均随d的增大而增大,并且质量损失速率与d存在较好的线性关系;火蔓延速率与热释放速率呈现出较好的幂次关系。可以发现在一定范围内,中空结构可燃物的内径越大其火灾危险性越高。     

乙醇添加比例对乙醇-柴油混合物表面火蔓延的影响研究

实时记录了不同比例乙醇柴油混合燃料的火蔓延过程,对蔓延火焰的外貌结构、火蔓延模式、火蔓延速度以及油面温升规律等进行了探讨。研究发现,当乙醇添加比例10%时,混合燃料火焰低速脉动蔓延,火焰前锋油面下方存在表面流,火蔓延速度变化幅度比较小,燃料表面的升温速率随初温的升高而升高;当乙醇添加比例≥10%时,火焰稳定蔓延,表面流消失,火蔓延速度会随着燃料初温的升高而降低,燃料表面的升温速率随初温的升高而降低。     

木材在不同放置角度下火蔓延特性的实验研究

选用厚度为2 mm与3 mm的木材,研究了可碳化固体可燃物在静止氛围中不同角度下的火蔓延特性.研究表明,在不同角度范围内火蔓延经历着熄灭、稳定燃烧、加速燃烧以及快速燃烧等变化过程.对两种厚度的木材火蔓延行为对比分析发现,在自然对流条件下,两种厚度木材的火蔓延极限角度分别为-5°,5°.另外,研究了试样上下表面火焰参数与火蔓延速度之间的关系.在10°＜α＜60°范围内,火蔓延速度计算值与实验值能较好拟合.     

垂直壁面火蔓延速率的实验测量

垂直壁面火蔓延过程受材料本身的热物理性质以及外加辐射等复杂因素条件的影响很大,论文研究建立了可测量不同材料存在外加辐射条件下的垂直方向火蔓延实验台,来研究典型可燃物的垂直方向火蔓延特性,观察不同材料之间火蔓延行为的不同,同时测定可燃物的火焰到达高度随时间的变化情况,得到相应的火焰蔓延速率。同时考虑外辐射情况下对不同材料垂直方向火蔓延过程的影响,实验数据可为进一步的模拟研究工作提供很好的参考。     

环境氧浓度对可碳化固体可燃物表面火蔓延的影响

在顺流风速为7．5cm／s、氧浓度分别为正常大气氧浓度0．9,1．0,1．1,1．2,1．3,1．4,1．5倍的条件下,测量了3mm厚的白木表面水平火蔓延速率及其上方的温度场特性。实验中观察到,在本实验条件范围内当来流氧浓度小于正常大气氧浓度的0．8倍（绝对氧浓度为16．8％）时火蔓延不能自发维持。当来流氧浓度高于正常大气氧浓度的0．9倍（绝对氧浓度为18．9％）时,随着氧浓度的逐渐增加,火蔓延速率以二次指数形式在增加。另外随着氧浓度的增加,固体表面上方火焰前锋处的温度场也出现了变化,固体表面上方最高温度出现的位置随着氧浓度的增加向远离表面方向移动,并且高温区域随着氧浓度的增加而逐渐变大。     

低压下聚乙烯绝缘层导线火蔓延熔融滴落实验分析

低压导线火蔓延的研究对于飞机和航天器的防火安全具有重要意义。针对镍铬合金线芯、聚乙烯(PE)绝缘层导线火蔓延过程中的熔融滴落现象,在低压舱内开展了不同气压、不同氧气浓度的大量实验研究,获得了导线熔融滴落频率、质量和火蔓延速度,以及不同氧浓度熔融滴落的上下限。结果表明:(1)在熔融滴落过程中,由于滴落会产生向上的动量,从而使火焰在滴落后发生突然的"跳动"现象,火焰高度先增加后降低;(2)滴落上限和滴落下限随着氧浓度的增加而降低,并且可以划分为3个不同的区域:火蔓延仅存区;滴落和火蔓延共存区;无滴落无火蔓延区。滴落上限和滴落下限下降曲线在50%氧浓度、5kPa压力发生会合,此后只有火蔓延而不存在滴落现象。(3)当压力降低时,由于线芯温度增加,线芯传导热量增加,导致绝缘层熔融速率加快,从而使得滴落频率增加,同时液滴的表面张力随着压力的降低而增加,使得低压下液滴的质量变大。     

可燃物填充比对火蔓延影响的实验研究

提出了一种可精确控制燃料床填充比的方法.以刨花为燃料,开展了可燃物填充比对火蔓延影响的系统性实验研究.分析了火焰长度、火焰倾斜角、火蔓延速率、质量损失速率和热流密度随填充比的变化规律.研究发现,随填充比增大,火焰长度逐渐减小,火焰倾斜角逐渐增加,导致火焰热辐射降低、火蔓延速率减小.当填充比小于0.06时,燃料消耗率接近...     

静止环境中可燃固体表面火蔓延特性的实验研究

本文通过模拟实验方法研究静止环境下可燃固体材料表面的火蔓延特性,应用火焰结构显示技术连续观察和记录了固体可燃物表面火蔓延的火行为,并利用温度示踪技术连续考察和分析了固体可燃物表面的火蔓延过程,同时研究分析了燃烧试样类型对火蔓延速率的影响,所得结查物理上合理。     

典型聚合物材料平行双板水平火蔓延规律研究

为了研究固体可燃物多火焰火蔓延规律及传热控制机理,开展了竖向水平排列的PMMA单一平板和平行双板火蔓延规律研究。基于水平火蔓延实验台,考虑平板尺寸、平行双板的竖直间距两个主要因素,分析此类条件下的火蔓延速度、火焰高度和火焰宽度等参数。实验研究发现,PMMA板水平火蔓延过程中,热解前锋呈V型,预热区长度随平板间距的增大先增大后减小。平行双板工况下,在研究考虑的间距范围内火焰始终保持合并,火蔓延速度、火焰高度及宽度明显大于单一平板,且均随间距的增加先增大后减小,三者峰值出现的位置与样件尺寸有关。上层PMMA板上下表面的辐射热流随间距的变化规律与火蔓延速度变化规律一致,因此推断辐射作用在平行双板水平火蔓延中起到主导作用。     

多因素下小尺度油罐火火焰倾角的研究

以柴油为研究对象,搭建了小尺度油罐火实验台,采用理论分析与实验研究相结合的方法,开展了有风条件下不同液位深度和罐顶开口宽度的小尺度油罐火火焰倾角的实验研究。结果表明,火焰倾角随风速的增加先迅速增加,然后趋于平稳。在相同的罐顶开口宽度和风速条件下,火焰倾角随着液位深度的增加呈现出减小的趋势。这是因为火焰微元在油罐开口处的速度随着液位深度的增加而增加,风速对火焰倾角的影响显著减小。当风速和液位深度一定时,质量损失速率随罐顶开口宽度的增大而增大,火焰倾角随着罐顶开口宽度的增大逐渐减小。     

通风状况对乳胶泡沫材料燃烧特性影响

设计小尺寸实验平台,研究不同通风管道风速对乳胶泡沫材料燃烧特性的影响。在不同风速条件下进行实验,获得材料表面温度分布、质量损失速率、火焰高度和火蔓延速率等特性参数。实验结果表明,在管道风速为0,1.5,3,4.5,6 m/s时,平均火焰蔓延速率分别为0.24,0.20,0.23,0.25,0.24 cm/s,最大质量损失速率分别为2.80,2.26,2.65,3.18,3.63 g/s。在有风条件下,随着风速的增加,火焰燃烧过程变得更加剧烈,最大质量损失率变大。实验样品的燃烧过程可以分为3个阶段:初始生长、完全燃烧和熄灭。最大火焰高度发生在燃烧过程的第2阶段,不同管道风速下的最大火焰高度分别为96.39,72.83,90.68,94.96,95.32 cm。     

Flame acceleration in pipes containing bends of different angles

Bend structures are common in process industries. These bends containing three typical angles (90°, obtuse angle and acute angle) are often incorporated into pipes or ducts at different positions. In our experiments, the effect of both the bend angle and bend position on flame acceleration was studied. Flame acceleration in a pipe bend can be divided into three stages. The flame speeds increased before the bend and increased again after decreasing for a short distance in the bend. Flame reversing decreased the flame speeds in the bend and led to additional turbulence, which enhanced flame acceleration after the bend. The flame acceleration in three different pipe bend angles had similar trends. The decreasing amplitude of the flame speed in the bend increased with a decrease in the bend angles. The flame speeds in the bend were ordered such that 52° <90° <145°. However, the maximum flame speeds in the pipe were in the opposite order. Additionally, both the flame speeds in the bends and the maximum flame speeds in the whole pipes increased as the bend’s position away from ignition point increased.     

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。     

Flame extension length of inclined hydrogen jet fire impinging on a water curtain

The use of a water curtain system to prevent fire spread has been extensively investigated, but the case of an inclined jet fire inhibited with a water curtain is not involved. A series of experiments were conducted on inclined hydrogen jet fires with various fuel flow rates, nozzle diameters and inclination angles under the influence of a vertical water curtain. This study aims to explore the burning behaviors of inclined jet flames at the impingement area, specifically the flame extension lengths. The experimental results show that an increase in fuel flow rates or nozzle diameter leads to a larger flame extension length. With the increase of flame inclination angle, the flame extension length decreases and the influence of nozzle diameter on the flame extension length is attenuated. A new dimensionless heat release rate is proposed to correlate with the dimensionless flame extension length by incorporating an air entrainment coefficient. The model built in this study can be used to predict the flame extension length of jet flames with different diameters, fuel flows and inclinations under the influence of a water curtain, and is validated by data in the previous study.