消防服充填用弹性气凝胶球粒的力学性能

为保护消防员在救援活动中免受打击伤害,以Si O2气凝胶粉末、无氨乳胶和水为原材料,制备一种用于充填消防服隔热内衬的弹性气凝胶球粒。首先,探究弹性气凝胶球粒的力学传导机制;然后,测试其宏观形貌和微观结构表征及比表面积;最后,在不同的压力下进行力学性能试验。结果表明:弹性气凝胶球粒的微观结构相比气凝胶粉末更为紧致;当单个弹性气凝胶球粒受力,压力达到2 kN时,样品局部开裂,传递的力在1—5圈逐渐减小,但到第4圈时传递的力明显变小;当弹性气凝胶球粒整体受力时,经15 k N的压力作用后没有开裂现象,得出消防服隔热内衬应该以正六边形为单元填充中心球和1—3圈球。     

常压制备TiO_2-SiO_2复合气凝胶的光催化性能正交分析

选择4因素3水平的L9(34)正交试验,以水玻璃和四氯化钛为原料,采用溶胶-凝胶法和常压环境干燥制备了TiO_2-SiO_2复合气凝胶,甲基橙溶液模拟染料废水,在紫外光下分析正交实验因素对甲基橙的降解影响,并对TiO_2-SiO_2复合气凝胶的形貌、表面基团、疏水性进行了表征。实验结果表明,影响降解率的主要因素为烧结温度,其次是烧结时间,硅含量和硅钛比的影响相对较小。并得到最佳制备工艺条件:硅质量分数为10%、硅钛物质的量比为1 5、经500℃热处理2 h后形成的复合气凝胶催化降解效果最优,270 min降解率达到99. 72%。     

矿用CMC/ZrCit/GDL防灭火凝胶特性研究

为防治煤自燃,研制一种由羧甲基纤维素钠(CMC)、柠檬酸锆(Zr Cit)和葡萄糖酸-δ-内酯(GDL)组成的新型矿井防灭火凝胶。首先试验测试不同配比凝胶的成胶时间和黏度,选出适合不同情况下煤矿防灭火的凝胶配比;然后采用程序升温试验和热重(TG)试验分析凝胶的阻化性能和对煤自燃失重放热的影响。结果表明:凝胶的加入对煤的自燃有一定抑制作用;凝胶渗透过程中成胶,粘结在煤体的表面和裂隙之间;相同加热时间下加热到180℃,水的失重率比32号凝胶高出30%左右,说明凝胶固水性强,热稳定性良好。灭火模拟试验说明使用凝胶灭火,煤体降温快且不易复燃。     

耐高温表层材料选择及层合后隔热性对比分析

为保障消防员的人身安全,满足避火服的高温耐火隔热需求,分别选择厚度为6. 5和7. 0μm的铝箔与玄武岩基布和玻璃纤维基布复合制备得到耐高温隔热材料,通过热重(TG)分析仪测试基布和复合材料的热稳定性能;采用光谱仪测试单反射层和其层合后的反射、透射性能;使用织物绝热测试装置研究层合后材料的耐热冲击性能。结果表明:6. 5μm铝箔在全波段(240～2 600 nm)的平均反射率为90. 34%,透射率为0. 023%; 7. 0μm铝箔+玄武岩布在全波段的平均反射率最高为90. 23%,透射率为0. 025%;在火焰热冲击测试中6. 5μm铝箔+玄武岩布的耐热冲击性能最好,能在600～800℃高温环境下维持400 s,试样正反表面平均温差为511℃,是很好的隔热材料。     

水玻璃/聚电解质复合凝胶阻化材料及其性能

以水玻璃和有机聚电解质杂化复合,制备水玻璃/聚电解质复合凝胶材料,并将该凝胶材料与原煤复合,研究其阻化性能。结果表明:相同时间内,随着水玻璃与聚电解质质量比的降低,凝胶粘度从913 mPa.s提高到3 780mPa.s;当水玻璃与聚电解质质量比为9∶1,反应时间为20~35 min时,制备的复合凝胶具有良好的保水性;SEM表明复合凝胶与原煤复合良好;TG-DTA热分析表明复合凝胶的添加提高了煤的分解燃烧温度;原煤与凝胶复合后,能有效地抑制煤受热时的CO释放量,并且随温度的升高,阻化效果增强;当阻燃剂与制备的复合凝胶复合后,所制备的阻化剂在150℃时阻化率为73.4%。     

基于人体皮肤热模型的热防护服评价方法研究

在热防护服热防护性能测试装置基础上,用自行研制的新型耐高温模拟皮肤传感器代替铜片热流计测量通过应急热防护服装面料的热流量,将热流量作为热波皮肤模型边界条件,得到人体皮肤表层下80μm处的温度值,从而得到一定条件下人体真实皮肤达到二级烧伤所需时间,用其评价热防护服用织物的热防护性能,并将热波皮肤模型(TWMBT)的测试值与Pennes模型以及铜片热流计的测试结果进行分析比较。采用热波皮肤模型分析织物层下的"皮肤"防热时间更接近实际皮肤达到二级烧伤时间值,可较为精确的量化织物热防护性能,为应急救援热防护服装的热设计提供理论依据。     

一种新型泡沫凝胶成胶时间及灭火特性的实验研究

为研究新型无氨泡沫凝胶的胶凝特性和灭火特点,采用倾斜试管法分别测试了不同反应物浓度、温度、pH值和发泡剂浓度等参数对新型泡沫凝胶成胶时间的影响,同时通过灭火实验对泡沫凝胶的消防特性进行了研究。结果显示：当水玻璃与促凝剂的质量比在1．33—4．0时材料成胶时间满足煤矿灭火要求;pH值在6．9—8．5时成胶最快;成胶时间随温度升高而减小;发泡剂浓度对成胶时间影响不大;泡沫凝胶灭火效果良好且有效延长了复燃周期。因此泡沫凝胶在矿井消防中有很强的实用价值,并且可通过限制反应物浓度、pH值、温度等参数,更高效的控制成胶时间。     

注气条件对CO2置换驱替CH4影响的实验研究*

为研究不同注气压力与注气温度对CO2置换驱替煤层CH4的影响规律,利用Materials Studio分子动力学模拟软件,通过煤体在2元组分混合气体间的竞争吸附量、竞争吸附热及能量分布等变化规律,从微观研究煤吸附CH4与CO2之间的机理,并利用物理实验平台,选用3种高变质程度煤进行注CO2置换驱替CH4实验。结果表明:同一种变质程度煤,随着注气压力或注气温度的增大,置换率呈增长趋势、驱替比呈下降趋势、CO2突破时间变短;相同注气压力与注气温度时煤的变质程度越高,置换效率越大、驱替比越小、CO2突破时间越长。并且注气压力对于CO2置换驱替CH4的效果要优于注气温度。     

基于电化学-热-力耦合模型的锂离子电池热失控研究

为提升锂离子电池的安全性能,减少由热失控导致的安全事故,分析电池温升的原因并有效降低其温度,依据电化学反应中浓度、电势与热模型中温度的相互影响关系,建立电化学-热-力耦合模型。通过模拟单电池和电池组温度分布的实时情况,分析单电池温度不均匀分布和电池组温度正态分布情况的原因,探讨换热面积和流通量对散热量的影响,研究电池组中单体电池的位置分布及不同传热介质的散热情况。研究结果显示：低温和相对高温环境下,欧姆热、极化热及电化学反应热产热占比不同,但产热最高温度未达到电极材料与电解液分解反应的临界温度420 K;高温环境下,电池温度持续升高接近临界温度,出现热失控趋势,对流换热系数对电池影响较大。电池组间隙为10 mm和20 mm时,整体温度比间隙为0时分别降低了1.1%和1.8%;与无间隙电池组相比,以铜板和铝板为传热介质的电池组温度分别降低了2.0%和1.6%。     

气-固耦合作用下煤层气注热开采热量迁移规律数值模拟

为获取气固耦合作用下煤层气注热开采过程热量分布规律,探究煤层内气-固体系吸热量的影响因素,采用自行研制的三轴煤层气解吸热量测试验装置,在实验室中对柱状原煤进行了不同轴、围压条件下煤体甲烷解吸过程温度及热量变化测定,利用温度补偿原理获取了解吸热与解吸量关系理论模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行了煤层气注热开采过程热量迁移规律数值模拟.结果表明:解吸热随解吸量呈指数增长趋势;模拟结果显示井间距为60 m时相较于40 m时煤层吸热量更快达到稳定,吸附气体吸热量升高持续时间为井间距40 m时的1.9倍;解吸热量在注热温度为593 K时较注热温度为493 K时增加15.97％,且达到最终解吸热量稳定时间减少21.4％.对比分析得到,在单井注热开采条件下,增大井间距和提高注热温度均可以不同程度影响热量在煤层中迁移、增大解吸热量并促进解吸作用,进而大幅度提升煤层气井筒累计产量.研究结果可为低渗透储层煤层气高效安全开采及煤层气注热开采工艺方案优化提供理论支撑.     

RDX基PBX在高温条件下热损伤表征试验研究

炸药热损伤特征及演化行为对装药安全性具有重要影响。为探究高聚物黏结剂炸药(Polymer Binder Explosive, PBX)在不同温度载荷下的内部损伤和演化行为,对无约束状态下炸药进行烤燃试验,使用分析天平监测炸药的质量变化,并采用显微镜和扫描电子显微镜等技术对炸药样品的表面和内部损伤进行表征。结果表明：温度越高,炸药的质量损失越大且损失速率越快;加热过程中黏结剂先发生熔化,随着加热时间变长和温度升高,黏结剂熔化程度增大,流动性增强,气体从炸药表面孔洞内逸出,孔洞增多且尺寸变大;温度越高炸药内部出现的孔隙越多,孔隙尺寸越大,孔隙主要是由于气体从试样内部逸出形成;炸药内部比表面积变化趋势为上升—下降—上升,其变化趋势受到化学反应速率和黏结剂的流动及损失影响。黏结剂材料的热稳定性是影响炸药热损伤演化行为的重要因素。     

煤质粉末活性炭自燃和热稳定性分析

针对煤质粉末活性炭最显著的热危险特性——自燃危险性进行试验。采用粉尘层最低着火温度测定系统对煤质粉末活性炭进行自燃试验,测定煤质粉末活性炭的最低着火温度;采用SDT Q600热重分析仪测定煤质粉末活性炭在氮气和空气气氛中以20℃/min的速率升温至700℃时的热解和燃烧特性,通过TG/DTG曲线计算其着火温度,并进行热稳定性评价。粉尘层自燃试验结果表明,煤质粉末活性炭最低着火温度为400℃,具有自燃危险性,易形成阴燃;氮气气氛中热解试验表明,热解过程经历了室温~120.0℃和280.0~700.0℃两次轻缓失重阶段,646.44℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为0.082 6%/℃,自燃危险性较低;空气气氛中燃烧试验表明,燃烧过程经历了室温~95.5℃和300.0~600.0℃两次剧烈失重阶段,分别为吸附水分受热蒸发和氧化生成的有机官能团分解脱附导致,565.35℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为13.20%/min,粉末较强的氧气吸附效应和较低的导热系数导致其自燃倾向较高,火灾危险性较大。     

热习服训练对高温工作场所员工环境适应性的影响

为提高高温工作场所员工对环境的适应性,建立人工环境舱模拟高温环境进行热习服训练。以16名健康的男性大学生为样本,在环境舱内通过跑步来模拟正常的生产工作,测量样本对高温环境的适应性,并通过配对样本t检验的方法分析热习服训练的效果;运用方差分析温度和相对湿度对热习服训练效果的影响;基于环境适应性改善的标准得到热习服训练效果形成天数。结果表明:热习服训练对提高员工环境适应性的效果是显著的;热习服训练的温度和相对湿度均对员工环境适应性的改善有显著影响,且温度的影响更大;在温度36~38℃,相对湿度50%~70%的训练条件下,热习服训练效果形成所需时间约为10天。     

高校宿舍建筑火灾场景人员疏散模拟研究

采用Building Exodus 4.0模拟软件,研究了某校园宿舍建筑火灾场景下的出口宽度,可用出口数目,可用疏散楼梯数目以及人员对出口的熟悉程度等对疏散的影响规律.结果表明,在出口宽度到达某一阈值前,所需疏散时间随其增加而减少,超过该阈值之后,继续增加宽度对所需疏散时间影响甚微;随着可用出口和疏散楼梯数目的增加,所需疏散时间逐渐减少;人员对出口越熟悉,所需疏散时间越短.     

夏季人体皮肤湿润度水平对热应激响应的研究

为了研究夏季室内高温、高湿环境下皮肤湿润度水平与人体热应激响应的关系,特邀40名在校大学生配合试验,于2010年和2011年的7—8月在重庆大学三峡库区生态环境实验中心进行了相关研究。通过测试不同工况下的皮肤湿润度,研究了人体局部和整体的出汗感,并结合室内环境热感觉和热舒适心理测试,分析了人体的热应激水平。结果表明:额头、胸口、背部为人体出汗较敏感部位,三者共占出汗感增幅的80%以上,对整体出汗感影响最大;在中性偏热环境下,相对湿度对皮肤湿润度的影响大于温度,且皮肤湿润度与整体出汗感呈线性关系;中性热舒适温度比中性热感觉温度高0.5℃,皮肤湿润度对热感觉的影响大于对热舒适的影响。     

过氧化甲乙酮的热危险性研究

为研究过氧化甲乙酮(MEKPO)在运输与储存中的热危险性,利用差示扫描量热仪(DSC)对质量分数为52%的MEKPO溶液(以2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯为溶剂)进行测试,得到其起始分解温度T0约为40℃,比放热量ΔH约为1.24 kJ/g。运用加速量热仪(ARC)对3种MEKPO溶液(40%,45%和52%)及MEKPO纯品(化学纯)在绝热条件下进行了热分解测试,并在此基础上,借助Semenov热爆炸模型,计算得到上述样品在50 kg包件下的自加速分解温度(TSADT)分别为65.64,63.72,55.88和51.17℃。研究结果表明,加入稀释稳定剂是降低MEKPO热危险性的有效途径,且MEKPO混合物中其质量分数越大,其危险性越高。     

不同外热功率下18650锂离子电池热失控特性*

为探究不同外热功率（220,170,120,70 W）下锂离子电池的热失控特性,采用动压变温实验舱作为燃爆实验舱,并利用量热仪和ISO-9705烟气分析仪监测特征参数,对荷电状态（SOC）为100%的18650型锂离子电池进行高温热失控实验。结果表明:在不同的外热功率条件下,锂离子电池进入热失控的过程呈现出相似的趋势,但是各阶段的特性却存在差异。池体表面中心温度、HRR,THR和耗氧量均随外热功率的降低而降低。高外热功率下燃爆响应时间点明显提前,池体温度更高,220 W外热功率下,燃爆响时间点为176 s,池体温度为720.6 ℃,比70 W时提前366 s,高210.03 ℃,可见高外热功率时,电池热危害性更高。热解烟气CO的峰值体积百分比浓度随着外热功率的降低而升高,而CxHy的峰值质量百分比浓度降低,,CO2的峰值体积百分比浓度降低。在70 W外热功率时,CO峰值体积百分比浓度高达0.322%,220 W时CO峰值体积百分比浓度仅为0.165%,说明低外热功率时,电池毒危害性更高。     

反应条件对矿用充填发泡树脂活性的影响研究

采用二价金属A作为催化剂,合成矿用发泡树脂。通过测定树脂的固含量、黏度、凝胶时间、羟甲基指数等,研究反应温度、时间和催化剂用量对矿用发泡树脂活性的影响。试验结果表明:随着反应时间的延长、温度的升高、催化剂用量的增加,树脂的黏度和固含量逐渐增加,而树脂中残余B、残余C和凝胶时间逐渐减少。在较高温度下,羟甲基指数随着反应时间的延长先增加后减少;在较低温度下,羟甲基指数随着反应时间的延长先减少后增加;较大的催化剂用量有利于树脂缩合反应,较低的用量有利于促进B与C的羟基化反应。     

相变材料填充率影响锂电池组热失控传播特性的实验研究

复合相变材料(PCM)应用于锂电池组的热管理是当前研究的热点。然而,PCM对锂电池组热失控传播特性的影响规律仍不甚明晰。实验研究了不同PCM填充率对锂电池组的影响,分析其热失控触发时间、最高温度、质量损失和热释放速率等参数变化规律。结果发现,添加PCM后,电池表面温度、CO和SO2浓度均出现了不同程度的降低,但对热释放速率没有明显的影响。PCM填充率为0%和10%的电池组均发生了热失控传播,而30%、50%、100%的PCM填充率能有效阻隔热失控传播的发生。     

预处理条件对高含固污泥热水解有机物组分转化的影响

以城市污水处理厂含固率为10%的剩余污泥为研究对象,探讨了不同热水解预处理条件对水解效率及有机物组分的影响。结果表明,热水解温度和时间对剩余污泥水解有显著影响,COD及VSS水解率在热水解温度为160℃、时间为120 min时达到44.1%及46.9%。剩余污泥水解液的主要基团为COO—、NH_3~+、NH_2~+、O—H、CH_3、CH_2,芳香族物质可随着热水解温度和时间的进一步增加逐渐被水解。在160~180℃、60~90 min的热水解条件下,污泥中蛋白质、碳水化合物基团吸收峰峰面积最小且有机物水解效率最高。