番龙眼木的热分解失重及动力学研究

木材热解是木材类火灾事件的先导过程,是引起后续的阴燃、着火、燃烧和火焰蔓延等各种现象的重要因素,因此研究木材的热解非常重要。采用热重分析法对番龙眼木的热重特性及反应动力学进行研究。在空气气氛下,研究样品粒径、试验气氛和升温速率对番龙眼木热解特性的影响。对番龙眼木的热解反应过程的分析,采用Flynn-Wall-Ozawa积分法、Kissinger最大速率法和atava-esták积分法对动力学进行处理。试验得到了一些热解动力学的参数,并推断出不同温升速率下番龙眼木的动力学最概然机理方程为反应级数函数,n=4     

基于极限学习机的炭化可燃物着火时间预测

机器学习技术近年来在许多传统科学领域取得了应用,针对火灾中炭化可燃物着火时间与物性参数及环境参数之间关系复杂的特点,提出了一种基于极限学习机的预测方法以实现不同物性及环境参数时着火时间的快速准确预测,为防治及扑救火灾提供参考。首先建立炭化可燃物热解数值模型,考虑了可燃物热解过程中的含水率以及热解反应、气体流动等复杂物理化学反应过程,然后搭建极限学习机,以数值模拟数据为基础进行训练及验证工作。结果表明基于极限学习机的预测方法能够有效实现炭化可燃物着火时间的快速准确预测,平均相对误差小于3%。     

阴燃中出现有焰火的理论初探

阴燃是一种自维持,不断传播的,异相反应的放热燃烧过程。典型的阴燃例子有蚝烟,地下煤矿的燃烧等。从热安全角度来看阴燃过程,不完全的氧化反应和可燃物热解都会产生很多的有毒气体,对人造成危害;另外在一定的条件下,阴燃还会突然转化为有焰火,进行更猛烈的燃烧,造成更大的破坏。     

怎样防火

火灾的发展过程有:酝酿期,可燃物在热的作用下蒸发析出气体、冒烟和阴燃;发展期,火苗窜起,火势迅速扩大;全盛期,火焰包围整个可燃材料,可燃物全面着火,燃烧面积达到最大限度,放出强大的辐射热,温度升高,气体对流加剧;衰灭期,随着可燃物质的减少,火势逐渐衰落,直至熄灭。 防火的重点是,根据火灾各个发展过程的特点,采取恰当措施:严格控制火源;监视酝酿期特征;采用耐火建筑;阻止火焰的蔓延;限制火灾可能发展的规模;组织训练消防队伍;配备相应的消防器材。     

纤维质燃料正向阴燃传播的数值分析

根据多孔固体燃料3步反应动力学机理,建立了2D非稳态纤维质材料水平填充床正向阴燃的数学模型。阴燃的化学动力过程包括燃料吸热热解、燃料放热氧化及焦炭的放热氧化3个过程。该模型既考虑了固-气之间的热交换,也考虑到了气体在多孔介质内的扩散系数的变化。辐射换热采用扩散近似的方式在模型中予以考虑。应用该模型,数值模拟了来流速度对阴燃速度及平均最高温度的影响,结果表明:阴燃传播速度与来流速度基本上呈线性关系,来流速度对阴燃最高温度影响不大。同时也模拟了燃料阴燃温度分布、燃烧过程中气体组分(O2,CO,CO2,H2O)及固体成分(燃料、焦炭和灰分)的变化过程。数值计算阴燃速度与实验速度基本吻合。     

外界热辐射作用下木材热解和着火的预测模型

在突发的火灾过程中，可燃性固体材料的着火时间和热解特性是非常关键的参数。建立了预测木材在外界热辐射作用下热解和着火时间的数值模型，可以给出固体的质量损失速率、内部温度场随时间的变化，并根据模型计算得到的表面温度随时间的变化对着火时间进行预测。计算结果和实验测量值相符较好。     

不连续和含水材料阴燃及向明火转化过程研究

聚氨酯泡沫材料是阴燃火灾中常见的可燃物之一,对变化的聚氨酯泡沫材料的阴燃过程进行了研究.材料变化主要包括连续材料前后部分含水率变化,以及不连续材料前后部分含水率变化.观测各次不同试样试验现象并用热电偶组记录内部的温度变化.结果显示,对于连续材料,当后部含水率小于7.4％时,阴燃稳定传播;后部含水率在10.3％-13.8％时,发生气相反应并形成明火;后部含水率为17.4％时,不能形成明火,后部含水率大于20.9％时,阴燃停止传播.对于不连续材料,在阴燃过程中不易出现明火,当含水率为17.4％时阴燃就会熄灭.材料热分析的TG和DSC数据可清楚显示阴燃反应的各个温度区间和特点.阴燃过程的传热分析也表明,莲续材料比不连续材料更有利于阴燃的传播和明火的形成.     

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.     

异戊醇低压热解的同步辐射真空紫外光电离质谱研究

作为新兴生物燃料,大分子醇类燃料在低压下的火灾安全基础迫切需要得到深入研究。热解过程作为火灾过程的初始阶段直接控制着火过程,火灾中碳烟颗粒的产生也依赖于热解反应,因此可燃物的低压热解研究在其低压火灾基础研究中具有重要意义。利用同步辐射真空紫外光电离质谱方法研究了异戊醇在0.2atm下的流动反应器热解,探测到了20余种热解产物,包括烯丙基自由基和C_4H_8O、C_5H_8、C_6H_6等同分异构体,并测量了其摩尔分数。基于实验结果,对燃料分解路径和主要产物的生成及消耗路径进行了探讨。与本组之前正戊醇热解实验的对比表明,由于存在支链结构,异戊醇在热解中比正戊醇更容易产生戊烯、丁烯和丙烯,但更少地产生乙烯。此外,异戊醇在热解中能够生成更多的丙炔和丙二烯等环状化合物前驱体,令其苯和1,3-环戊二烯的生成量更高,表明异戊醇比正戊醇更易于生成多环芳烃和碳烟。     

管廊内电缆内热源燃烧过程数值模拟研究

为预防综合管廊局部空间内部电缆火灾事故的发生，运用火灾动力学模拟软件(FDS)三维传热和热解模型，对15 kV铜芯电缆着火过程建模分析，分析不同条件下电缆温度分布、热解气体分布以及热释放速率(HRR)曲线，以及热源功率大小和持续时间对电缆燃烧过程的影响。结果表明：随着热源功率的增加，电缆着火时间缩短，火灾危险性增加；HRR峰值和最大火蔓延长度(FSL)随着热源功率的增加呈线性增长；及时阻断热源功率可有效预防火灾的发生；热源功率消失后的火焰残留时间随着热源功率持续时间的增加整体呈现先上升后下降的趋势。     

基于气体浓度和烟颗粒消光系数的复合火灾预警系统

为解决火灾烟雾颗粒的消光效应对光声火灾检测带来的影响,以近红外激光为光源,结合波长调制技术和谐波检测技术对光声信号和颗粒消光系数进行了测量,并建立了火灾复合探测模型。利用棉绳阴燃、木材热解2组阴燃火实验以及正庚烷明火、木材明火2组明火实验进行了火灾模拟探测,并结合特定算法对结果进行了判定。结果表明系统能较好地对实验产生的CO浓度和烟颗粒消光系数进行探测,且运行稳定,能够满足火灾预警需求。     

刨花板及其木质原材料燃烧热解特性对比试验

为研究刨花板与木质原材料热解燃烧过程的区别,利用热重分析仪对空气和氮气条件下刨花板及其木质原材料进行研究。深入分析材料的燃烧热解失重过程的热重法和微商热重法曲线特性,确定了材料的燃烧特征参数。材料的燃烧热解动力学过程符合"双阶段一级反应"模型,利用考斯特-瑞地芬(Coats-Redfern)方法求得对应失重阶段的动力学参数。通过对比发现,刨花板较其木质原材料着火温度低,燃尽温度高,综合燃烧特性指数低;燃烧热解活化能和频率因子低,高温段失重率高;燃烧最终剩余质量和其木质原材料基本相同,热解剩余质量大于木质原材料。根据试验现象对刨花板燃烧热解过程中胶黏剂的作用机理进行了推断。     

煤堆水平阴燃传播特性试验研究

为探索封闭火区阴燃煤堆的温度分布及其变化过程,开展煤堆水平阴燃传播特性试验研究。结果表明:前向阴燃燃烧过程中存在70~80℃区间内的温度平台现象,反向阴燃燃烧过程中不存在这种平台现象。反向阴燃的最高温度远高于前向阴燃。水平前向阴燃中,热解前沿与氧化前沿在初始阶段未发生明显分离,在一定时间后会逐渐分开。在水平反向阴燃中,热解前沿与氧化前沿从点燃开始即发生明显分离。     

感烟火灾探测器的灵敏度评测

为了在设计火灾探测系统时，提供探测器的选型依据，该文通过火灾探测综合模拟试验平台(FE／DE)，利用四种国家标准火所用燃料生成典型火灾烟气，对光电型与离子型两种常规点式感烟火灾探测器的灵敏度性能进行了评测与比较。结果表明，对于木材热解生成烟气，与离子感烟探测器相比，光电型探测器的输出烟值增加更为急剧。然而对于棉绳阴燃火、聚氨脂塑料火及正庚烷火生成的烟气，离子型比光电型响应更为灵敏，特别是对于后两者明火生成的能够吸收光而减弱光散射的黑烟。最后指出，依据监控场所中可能存在的可燃物种类而选择相应类型的火灾探测器，将提高所设计火灾报警系统的可靠性。     

孔隙结构对焦燃烧影响的数值研究

煤粒在热解过程中,由于不同的加热速度和不同 的热解最终温度所产生的孔结构也不同,本文建立了多组分并存的情况下,综合考虑化学反应,内外传递过程及颗粒孔结构变化在内的单颗粒焦碳着火燃烧模型,     

可燃固体表面火蔓延行为研究进展与展望

固体可燃物表面火蔓延是森林火灾、建筑火灾以及工业火灾中普遍存在的燃烧现象,是火灾研究的基础问题。对固体可燃物表面火蔓延行为进行分类,评述国内外的固体可燃物表面火蔓延行为研究现状和目前存在的主要问题。总结固体可燃物表面火蔓延试验研究的技术手段,对比分析不同因素对建立固体可燃物表面火蔓延行为理论模型的影响。这些因素包括环境流场、化学反应动力学、热解气体组分和炭化过程等。概要介绍固体可燃物表面火蔓延计算模拟的优势。最后指出固体可燃物火蔓延行为研究的发展趋势,并提出未来若干重点研究方向。     

小尺寸铜铟镓硒光伏电池火反应行为的试验研究

用于光伏建筑一体化的铜铟镓硒光伏电池热稳定性差,一旦建筑物发生火灾,受火作用下,铜铟镓硒电池材料的可燃性会增加建筑物自身的火灾载荷,这会加剧建筑物火灾的蔓延.基于此研究了小尺寸铜铟镓硒光伏电池在不同点火源作用下的受火反应行为.以200 mL及500 mL酒精池火作为辐射热源,分析了铜铟镓硒电池在受到不同大小热辐射后的热解和阴燃特性;以酒精火焰作为点火源,分析了电池接触明火后的着火温度、火焰温度及质量损失速率.结果 表明:当小尺寸铜铟镓硒光伏电池板所受的热辐射小于等于6.15 kW/m2时,温度达到232℃开始热解,阴燃期间电池迎火面温度可达662℃;在明火作用下,小尺寸铜铟镓硒电池板在表面温度达到254℃可以被引燃,10 cm高度火焰温度可达694℃,质量损失速率最大为0.45 g/s.     

自然扩散条件下阴然向有焰火转化的数理模型

建立了一维自然扩散条件下阴燃传播和向有焰火转化的积分模型。材料阴燃的化学反应采用两步反应模型：无氧热解反应和有氧热解反应。前者是吸热反应,释放可燃气体,后者是放热反应,提供阴燃所需的能量。气相反应速率取决于可燃气体的浓度、氧气的浓度以及温度,一旦条件达到合适点,将出现有焰火。文中给出了自然扩散条件下阴然稳定传播时的速度,和能够出现有焰火所需务件的数学表达式,并与相关实验结果进行了对比。     

棉垛早期阴燃火灾特性及棉花仓库主动吸气式复合探测研究

以棉花仓库消防安全为背景,在火灾探测标准燃烧室内开展了棉花垛早期阴燃特性试验和吸气式复合探测试验研究。分析棉花垛早期阴燃过程中的质量损失、烟气浓度以及图像特征变化,以棉花垛顶部着火为例,归纳了阴燃过程大致包括水平蔓延及竖直蔓延两个阶段,并分析了各阶段特性。利用吸气式复合烟气诊断,分别记录了吸气管道出口的CO体积分数变化以及吸气式探测器的输出信号。结果表明,CO的响应时间明显快于吸气式探测器且几乎不受采样孔位置的影响。由于阴燃温度低,羽流湍浮力相对较弱,而CO气体密度远小于烟颗粒密度,在吸气管道中表现出更好的迁移性。因此,针对大空间棉储仓库,可以采用吸气式感烟火灾探测器与CO气体探测器相结合的复合探测手段,也可以考虑在传统吸气式探测器内部整合CO探测部件以提高探测报警速度,同时有效降低误报、漏报率。     

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。