近墙乙醇池火热反馈对燃烧速率的影响

为了定量评估近墙乙醇池火燃烧的危险性,根据乙醇池火燃烧辐射热平衡方程,建立了简化的墙体点源辐射计算模型,与火焰高度、近墙距离等参数相关联,进而得到近墙乙醇池火墙壁热反馈下燃烧速率的理论增量,并考虑到火焰辐射的增量对燃烧速率的影响,计算得到火焰对燃烧速率的理论增量。同时,在标准燃烧室进行了5种尺寸、不同近墙距离的方形乙醇池火的验证试验。结果表明,近墙乙醇池火的平均火焰高度和燃烧速率随油盘直径增大而增大,随距墙边距离减小而增大。与距墙边30 cm的墙边火平均火焰高度相比,紧贴墙壁的平均火焰高度上升16%~20%;与距墙边30 cm的墙边火燃烧速率相比,紧贴墙壁的燃烧速率上升12%~16%。乙醇墙边池火的燃烧速率理论增量与实际测量值的偏差在5%~34%,二者具有较好的一致性,充分说明近墙乙醇池火燃烧速率的增量主要是墙壁的热反馈和火焰的热反馈共同作用的结果。     

不同直径食用油池火燃烧特性对比试验研究

为探究食用油火灾的预防、探测及灭火技术,开展不同直径食用油池火燃烧试验,测量食用油油层温度、火焰及火羽流温度、质量损失速率、以及火焰高度等参数,分析食用油池火的燃烧特性,包括其被加热-自燃-燃烧的引燃过程和油层温度、火焰及火羽流温度、质量损失速率的变化规律;分析食用油池火燃烧速率随油池直径变化的规律,并结合理论公式计算不同油池直径对应的热释放速率。结果表明:食用油池火最大燃烧速率约为2. 3 mm/min;油池直径分别为25、40、55、70和85 cm的食用油池火对应的热释放速率分别为20、60、190、375和551 k W。     

不同通风条件下柴油池火的实验研究

为了分析不同通风条件对柴油池火燃烧特性及引燃特性的影响,进行205 mm带水垫层柴油池火的引燃实验,通过对池火燃料的质量损失速率、火焰高度、温度及热辐射等的监测,分析通风环境中柴油池火的热传递规律。结果表明:当风速为0.5 m/s时,火灾进入旺盛阶段的时间提前,火焰平均温度最高;当风速为1 m/s时,风速的增加导致油池火的质量损失速率增加,位于主火源下风向的待引燃火源获得的热辐射通量增大,火灾旺盛阶段火焰的平均温度降低,火焰高度降低,下风向相邻油盘引燃的时间提前;1 m/s情况下,205 mm带水垫层柴油池火的安全间距需增加到1D以上;通风环境对池火发展及蔓延的影响是显著的,应适当加大下风向可燃物的安全间距,合理选择通风排烟风速,优化火灾应急救援策略。     

垫水层对油池火燃烧特性影响的试验研究

研究垫水层对小尺度油池火燃烧特性的影响.分别测量在有、无垫水层情况下,正庚烷和航空煤油(RP-5)池火燃烧过程中质量损失速率及温度分布随时间的变化特征,同时通过摄像机记录油池燃烧过程中发生的现象.结果表明,垫水层对不同沸点燃料池火的燃烧发展过程及质量损失速率的影响截然不同.当无垫水层时,由于池壁温度超过燃料沸点,庚烷池火发生沸腾燃烧现象;而航空煤油沸点较高,燃烧过程中没有发生沸腾现象.当有垫水层存在时,由于油水界面温度超过水的沸点,沸点较高的航空煤油池火发生薄层喷溅现象;由于庚烷沸点低于水,庚烷垫水池火燃烧过程比较平稳,只发生了局部溅射现象.     

黄磷燃烧特性实验研究与理论分析

基于黄磷燃烧特性实验,对黄磷燃烧的动力学现象进行了实验研究和理论分析。通过观察不同燃烧表面积的黄磷燃烧动力学现象,获得了黄磷的燃烧特性参数,并利用池火模型对黄磷燃烧实验进行了理论分析。研究结果表明：固定表面积的黄磷燃烧时,黄磷的质量损失速率可近似视为某一恒定值,黄磷的质量损失速率与燃烧表面积有关。黄磷燃烧实验火焰最高温度约为1000℃,火焰高度与燃烧表面积有关。池火模型可以对黄磷的燃烧特性参数进行预测和分析,池火模型所预测的火焰高度与实验数据基本相吻合,相对误差小于7％。     

高原乙醇油池火燃烧特性实验研究

为研究低压条件下油品燃烧特性,以乙醇油池火为研究对象,搭建高原油池火实验平台,研究不同油盘直径下乙醇油池火燃烧规律,分析燃烧速率、火焰高度和火焰脉动等参数随时间的变化规律。研究结果表明：低压条件下的乙醇油池火,燃烧速率小于同等尺度常压条件下的油池火燃烧速率;乙醇油池火的燃烧速率随油盘直径增加变化不明显;火焰高度随油池直径增加呈现显著上升趋势,并拟合推导出适用于低压乙醇池火的火焰高度公式;火焰脉动频率随油池直径增大而减小,并给出火焰脉动与油池直径的经验公式。研究结果可丰富低压乙醇燃烧的油池火实验数据,为低压乙醇油池火的风险评估提供参考。     

浮顶储罐环形池火轴向温度分布研究

为提高大型浮顶储罐的消防应急能力,利用乙醇开展3组环形池火燃烧试验。首先测量池火燃烧的质量损失速率、轴向温度和温度场分布等参数;然后将试验温度测量值与经典羽流模型计算值进行对比;最后修正羽流轴线温度计算模型。结果表明:环形池火出现火焰融合阶段,导致池火的燃烧速率相对于圆形液池(0. 62 g/s)分别增加8. 1%和48. 4%;火焰的轴向温度均呈现先增大后减小的趋势,导致燃烧的最高温度在火焰轴线高度的20%～60%处,得到的修正模型计算值与实测温度更加吻合;在热成像图中融合火焰产生的热气流会增强对外界的热扩散危害。     

高原与平原地区油池火燃烧特性对比试验研究

为研究高原环境液体燃烧时火焰特性参数与平原地区的差异,在拉萨和合肥进行了汽油油池火燃烧试验.结果表明,在燃料类型和油盘尺寸相同的条件下,两地汽油和柴油的质量燃烧速率之比等于大气压力之比,且高原地区的汽油火火焰比平原地区细长. 随着高度的增加,高原地区羽流中心温升的下降幅度减小,且幅度小于平原地区. 相同燃烧速率下,高原地区小尺寸油盘的油池火高度和中心温度大于平原地区,McCaffrey羽流温升公式不适用于计算低压环境下小功率火源.研究表明,由于氧气含量和压力的不同,高原地区燃料的燃烧特性与平原呈现不一样的规律.进一步研究环境压力对燃料燃烧特性的影响规律,可为研究高原火灾发展规律及火灾防治技术提供理论指导.     

低压含KCl细水雾抑制船舶油池火特性试验研究

为探究低压含氯化钾(KCl)细水雾抑制庚烷油池火的有效性,基于1. 5 m×1. 5 m×1. 0 m封闭舱室平台,开展不同KCl质量分数(5%、10%、15%、20%)的低压细水雾(0. 2～0. 6 MPa)抑制庚烷油池火焰特性试验,分析不同KCl质量分数、不同喷射压力下庚烷质量损失速率及火焰高度的变化。结果表明:低压纯水细水雾可强化油池火焰燃烧,含KCl添加剂低压细水雾能有效抑制油料火的发展,其中0. 6 MPa压力下20%质量分数KCl溶液灭火效果最好。KCl溶液质量分数的增加,可降低庚烷平均质量损失速率,使火焰高度整体下降;喷嘴压力的升高,同样可降低燃油平均质量损失速率,缩短火焰波动时间,使燃烧提前进入衰减阶段。     

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。     

Small scale thin-layer boilover experiments: Physical understanding and modeling of the water sub-layer boiling and the flame enlargement

Boilover is defined as a violent ejection of fuel due to the vaporization of a water sub-layer, resulting in an enormous fire enlargement and formation of fireball and ground fire. This paper focuses on the physical principles behind the thin-layer boilover phenomenon, and on the improvement of the thin-layer boilover modeling. Small scale field and laboratory experiments, with a mixture of diesel and oil, and reservoirs ranging from 0.08 to 0.3 m, have been performed. High-speed visualizations and image processing, in parallel to temperature and mass loss measurements allows to better understand the water boiling, and the consequent flame enlargement. The modeling of the boilover period is done through the calculation of the pre-boilover burnt mass ratio and the boilover intensity based on the mass loss and on the flame enlargement.     

氧化铁粒径对固体推进剂火焰特征参数影响的试验研究

针对5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂在实际应用中存在的推进剂火焰偏大、容易在灭火装置喷口处形成外喷火焰的问题,选用了微米氧化铁和纳米氧化铁作为催化剂,分别从火焰形态、质量损失速率、热释放速率、无量纲火焰高度模型几个角度开展研究,对比了两种不同粒径的氧化铁对5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂燃烧火焰的优化效果。根据燃烧试验结果,发现不论是富氧燃烧还是贫氧燃烧,在降低推进剂燃烧时的火焰高度方面,微米氧化铁均明显优于纳米氧化铁;在提高质量损失速率方面,微米氧化铁的加速效果也要优于纳米氧化铁。基于传统的液态燃料油池火发展的火焰高度预测模型,将无量纲火焰高度与热释放速率的分析关系应用到固体推进剂燃烧领域,考虑使用无量纲火焰高度的分析方法,对固体推进剂燃烧过程中的火焰高度进行预测,建立了5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂的无量纲火焰高度模型,发现不含氧化铁和含有氧化铁的5-氨基四氮唑/硝酸锶固体推进剂燃烧时的火焰高度与热释放速率的n次方成正比,该无量纲拟合可以对固体推进剂火焰高度进行预测。最终,得出了微米氧化铁比纳米氧化铁更适合作为催化剂被用于5-氨基四氮唑/硝酸锶推进剂中,有利于提高固体推进式灭火装置的灭火效果。     

侧向风速作用下聚氨酯泡沫双火源火蔓延研究

为探究环境风作用下逆向双点火源聚氨酯泡沫火蔓延及融合行为,开展多组对照实验并从材料传热机理角度分析侧向风速对火蔓延行为中火羽流形态、质量损失和辐射热流场等特征参数的影响。结果表明:风速与上述参数之间存在非线性关系。环境风效应使火焰被拉长且敷贴于预热区表面,增大预热区面积和热反馈;侧向风速的增加对FPU板材质量损失的影响逐渐弱化,且板材的熔滴率与风速呈正相关;无论侧向风是否存在,两侧逆向火焰融合后均达到整个蔓延过程中的峰值温度;风速的存在限制了火焰温度与辐射热通量峰值,也缩短了温度和辐射峰值出现的时间。     

起居室典型材料的火灾温度场实验研究

就建筑火灾发生频率较高的起居室为研究对象,主要对该类住宅中的一些常见和使用广泛的典型家具及装修材料,纸张（报纸）、多层胶合板以及软垫分别进行了火灾燃烧实验,对火场中重要参数温度场进行了测试与分析。对由典型装修材料组成的单室,既起居室火灾进行了全尺寸火灾实验,目的是掌握起居室内火灾的发生发展、燃烧过程和火灾蔓延特点。研究表明,住宅火灾中聚合材料、人工填充泡沫等人造材料的热释放速率最大,最高可达305kW,是火灾前期起居室升温的主要热源;全尺寸火灾实验过程中火焰蔓延较快,扩展幅度较大,蔓延过程中多股火焰交叉处温度可达250％左右,容易造成火势火场传播,同时释放出大量深色烟气,火场能见度极低。全尺寸起居室实验表明,短短3min27s内火场温度达到850℃。     

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。     

基于燃烧相互作用的PMMA相向火蔓延特性实验研究

为探究耦合燃烧作用对固体可燃物火蔓延的影响,开展基于燃烧相互作用的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate, PMMA)相向火蔓延特性实验研究。通过对不同宽度PMMA板进行相向火蔓延实验,获取火焰图像、温度场、质量损失速率等燃烧特性参数,分析相向火蔓延的过程特点与燃烧机理。研究结果表明：相向火蔓延过程中存在4个典型阶段,即快速发展阶段、相对稳定阶段、相互作用阶段、融合燃尽阶段;PMMA板宽度对相向火蔓延燃烧特性的影响较为显著,体现在热解区长度、相对稳定状态维持时间、质量损失速率等参数变化上。研究结果可为建筑物保温材料的火灾预防抑制提供参考。     

温拌阻燃沥青混合料阻燃效果评价

通过氧指数、质量损失率及路用性能试验,研究EC130温拌剂、FRMAX型阻燃剂对沥青混合料阻燃效果的影响。试验结果显示,相比普通沥青混合料,阻燃沥青混合料、温拌阻燃沥青混合料氧指数分别增加23.3%、25.6%,质量损失率减小28.0%、32.0%,残留动稳定度增加14.0%、16.1%,残留最大弯拉应变增加14.1%、17.1%,冻融劈裂强度比增加5.3%、9.0%。相比普通沥青路面,阻燃沥青路面、温拌阻燃沥青路面发生火灾时能够减少34.0%、41.1%的毒害气体生成,并减少路面修补所需的混合料质量。其次得出普通沥青路面、阻燃沥青路面及温拌阻燃沥青路面的质量损失率、残留动稳定度、残留最大弯拉应变、残留冻融劈裂强度比与燃烧时间的关系模型。结果表明:阻燃剂对沥青混合料的阻燃效果显著;温拌剂有助于阻燃剂更好地发挥阻燃作用,降低火灾对道路的破坏,降低隧道火灾发生时有害气体的生成,提升隧道安全性。     

室内火灾中外部燃烧现象的数值模拟

外部燃烧是室内火灾中火焰随烟气流出窗户并在窗户外燃烧的现象。外部燃烧会造成火势从初始着火的房间向其他房间或楼层蔓延,具有很大的危害性。本文应用美国国家标准技术局（NIST）开发的FDS程序,对外部燃烧现象进行了研究。首先对Bullen和Thomas的实验进行数值模拟,用以验证FDS对外部燃烧现象的模拟效果。在相近的燃料过量因子的条件下,计算得到的外部燃烧羽流的温度分布结果、外部燃烧火焰的高度和火焰距离窗户所在壁面的水平距离与Bullen和Thomas的实验结果符合得较好。之后,研究了不同窗户大小和不同燃料消耗率对外部燃烧的影响。最后,发现当燃料消耗率足够大致使室内燃料过量因子接近1时,室内火焰将会熄灭,燃料流出窗户形成的外部燃烧火焰会被拉长,火焰肾贴窗户外的壁面向上燃烧。