隧道混合燃料火灾燃烧蔓延特性实验研究

隧道火灾一直是火灾科学研究领域的重要问题之一。近年来,隧道火灾中由于燃油泄漏而引起的火蔓延现象是一个新兴的研究热点。利用小尺寸(1:10)的隧道火灾模拟实验平台,开展了薄油、窄油池机制下不同混合比例下正丁醇-柴油燃烧特性实验研究。结果表明,根据正丁醇比例,可将正丁醇-柴油混合燃料分为两类。当正丁醇比例不大于20%时,主火焰蔓延速度线性增大,闪燃火焰则由间断变为持续存在且波长由14.17 cm减小到8.42 cm;油面温升速率逐渐增大;当正丁醇比例大于20%时,主火焰蔓延速度接近正丁醇蔓延速度(3.33 cm/s),闪燃火焰持续存在且波长在8.3 cm左右;油面温升速率基本相同。研究结果为认识隧道混合燃料火灾燃烧特性提供了参考。     

堆积密度对秸秆燃烧及蔓延特性实验研究

秸秆燃烧是造成森林火灾的重要原因之一,不仅会造成严重的空气污染,还会严重威胁人们的生命及财产安全。文章对秸秆燃烧过程中火焰火蔓延过程、质量损失速率、火焰高度进行了测量和分析。结果表明,秸秆燃烧蔓延过程可分为中心燃烧阶段、聚拢环火阶段、分离环火阶段和熄灭阶段。质量损失速率整体呈现“增加-峰值-下降”的趋势,且堆积密度与质量损失速率峰值呈现线性关系。秸秆阴燃时间随着堆积密度增大而增大,堆积密度与阴燃时间呈现二次函数关系。火焰高度变化趋势与秸秆质量损失速率变化趋势相同,火焰高度随着堆积密度增加而减小。     

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。     

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。     

双火源条件下的XPS火蔓延速率研究

为研究挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)双火源火焰迁移规律,在不同间距(0.5cm~8cm)的情况下,进行了竖直和水平方向的系列实验。研究发现:火蔓延速率和质量损失速率均随间距先上升后缓慢下降;在竖直方向实验中,火蔓延速率极值点右偏移于质量损失极值点。基于双火源条件下所得到的热解区传热系数,计算出火蔓延速率,进而分析火蔓延速率计算式中对流项和辐射项,得出火蔓延速率随间距的变化主要受控于传热系数。依据此结论解释了火蔓延速率和质量损失趋势相似但两者极值点偏移不同的原因。     

两种含水率水稻堆垛的着火与蔓延燃烧特性实验研究

粮食安全事关国计民生,近年来粮仓火灾多发,对于粮食火灾安全的基础性研究,显得愈加迫切。基于自主设计的贯穿气流条件下的散粒堆垛引燃与蔓延燃烧特性研究实验平台,针对两种含水率水稻,在不同贯穿气流条件下,开展了引燃与内部蔓延燃烧特性研究。结果表明,水稻含水率对其燃烧特性具有重要影响,即,对于13%含水率水稻,采用高温电热细棒插入堆垛内进行引燃45 min,并未引燃;然而,对于3%含水率水稻,仅引燃4 min,堆垛即形成迅速剧烈蔓延燃烧,中心区域燃烧温度高达1 200℃,最大蔓延速度约0.8 cm/s,引燃前的最大升温速率约200℃/min。此外,结果还表明,贯穿气流条件下,远离中心区域的四周水稻升温较慢且剩余一些最终未引燃,水稻堆垛内部主要呈向下且不断扩大的蔓延燃烧特征。最后,13%含水率水稻被灼热引火源作用结束后形成的碳化圈大小表明,机械通风气调作用对于灼热源的引燃作用具有一定的抑制作用。     

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。     

LNG槽罐车泄漏-燃烧耦合演化特性分析

为分析液化天然气(LNG)槽罐车泄漏燃料着火造成的泄漏—燃烧—热反馈—槽罐内升温升压—强化泄漏事故链演化过程,基于我国典型槽罐车工况,构建泄漏-燃烧耦合发展模型,研究泄漏相态、储罐充装率和泄漏孔径对该类泄漏事故演化过程的影响特性。结果表明:液相泄漏时,泄漏速率与燃烧反馈热流之间往往出现正反馈演变,造成LNG储罐内压强突然急剧升高爆炸;低充装率储罐在泄漏初期危险性较高,而高充装率可达储罐峰值压强更大;在一定孔径范围和充装率条件下,储罐内可达峰值压强随孔径的增大而呈减小趋势。     

试样宽度与外加辐射耦合作用下热塑性聚合物水平火蔓延特性研究

为探究试样宽度与外加辐射耦合作用下热塑性聚合物水平火蔓延特性,通过开展3种热塑性聚合物PP、PMMA和PS水平火蔓延实验,研究不同类型、不同宽度的试样在不同外加辐射耦合作用下的火焰高度、火蔓延速度和质量损失速率等特性的变化规律。研究结果表明:其水平火蔓延过程大致可分为发展、稳定蔓延和衰退3个阶段;在辐射传热与对流传热的竞争机制下,试件宽度从4 cm增至6 cm时,PP在外加辐射强度为7.5,10.0 kW/m²下的火蔓延速度和质量损失速率均出现减小的情形;PMMA和PS的火蔓延速度和质量损失速率均随着外加辐射强度的增大而增大;PMMA和PS的质量损失速率随着试样宽度的增大而增大;热薄型PP和PMMA在火蔓延过程中的质量损失速率与理论计算结果吻合良好。研究结果可为热塑性聚合物在建筑工程中的实际应用和高层建筑的建筑防火设计提供一定参考。     

航空煤油流淌火蔓延特性试验研究

为保证航空燃油储运安全和机场消防安全,设计并搭建航空燃油流淌火试验平台,以航空煤油(JP4)为试验燃料,根据蠕动泵转速选取4种不同泄漏速率,开展航空煤油流淌火试验研究。试验中记录航空煤油流淌火的火焰前沿位置、燃烧面积、蔓延速率等典型特征参数,并对试验过程进行录像,分析典型特征参数的变化。结果显示,航空煤油流淌火的稳定线燃烧速率为3.71×10-5m/s,初始蔓延速率随泄漏速率的增加率约5.5 mm/s。航空煤油流淌火的典型特征参数均与泄漏速率正相关。     

燃烧风洞的研制及其燃烧特性研究

本文介绍了为可燃物燃烧特性研究而建立起来的模拟自然环境条件的燃烧风洞设备以及在燃烧设备中进行的模拟火场的火蔓延特性研究。在燃烧风洞中进行的可燃物燃烧实验为林火机理的研究、火蔓延模型的建立提供了实验依据．     

基于传热分析的林火蔓延特性研究

计算了水平流动的热烟气与大乔木、小乔木、灌木主干及大乔木树叶间的强制对流传热；垂直上升流动的热烟气与各类林木的纵向自然对流、纵向强制对流传热；以及烟气对各类林木的辐射传热。分别比较了它们的热流密度和总换热量。讨论了烟气流速、温度、林木尺寸等因素对换热的影响。在此基础上，对不同林木的火险特性进行了预测。     

黄磷燃烧特性的试验研究

研究了不同试验条件下,黄磷的燃烧速率、火焰高度、温度、热辐射通量等特性,并对采集的试验数据进行整理.结果表明:黄磷燃烧速率与容器面积正相关,面积越大,燃烧速率越大;黄磷燃烧的火焰脉动现象很明显,不同的试验条件,脉动程度存在差异,并对此给出了理论阐述;黄磷燃烧时90％以上的热量以对流的形式向外传递,热辐射只占很小一部分.     

凹型建筑外立面火灾烟气蔓延特性研究

为了研究凹型建筑外立面火灾烟气蔓延特性,对高层建筑凹槽内火灾烟气“三场”数值模拟。研究表明:结构因子α（进深与槽宽之比）的变化导致凹型建筑结构内呈现不同的火灾烟气蔓延规律;当α为0~0.4时,建筑凹槽内的火灾烟气无烟囱效应;当α为0.6~1.2时,建筑凹槽内的火灾烟气呈现一定的烟囱效应,其火灾烟气温度场、CO浓度场、扩散速度场变化显著;当α>1.2的,建筑凹槽内的火灾烟气烟囱效应显著。     

正方形煤油池火燃烧特性研究

实验研究了无风条件下正方形煤油池火的燃烧特性,包括燃烧速率、火焰高度和火焰脉动频率等。正方形油池边长分别为0．2m,0．4m,0．6m,0．8m,油池壁面高度均为0．13m。利用图像处理技术分析了油池火火焰高度,并在此基础上建立了获取火焰脉动频率的两种方法。研究发现,油池壁面高度的存在使油池火的燃烧速率低于理论值;燃烧速率实验值与油池特征尺寸（d／L）呈单调递减关系;较小尺度油池的平均火焰高度与理论预测值比较接近,但较大尺度油池的平均火焰高度明显低于理论预测值;油池壁面的存在使油池火脉动频率低于理论值;随特征尺度（d／L）的增加火焰的脉动频率范围加大,脉动不稳定加剧。     

橡胶轮胎燃烧特性的实验研究

利用锥形量热计对橡胶轮胎在25kW/m2和50kW/m2辐射能量条件下的点燃性能、热释放性能、质量损失速率、烟气毒性及烟气的减光性进行了实验研究。实验表明:在较高的辐射热通量下,橡胶轮胎的点燃时间会大大缩短;橡胶轮胎的热释放速率和质量损失速率呈线性关系,其平均有效燃烧热远高于在相同实验条件下得到的木材实验数据;橡胶轮胎燃烧会导致较高的CO/CO2生成率和烟气平均比消光面积,对人员逃生和消防扑救极为不利。     

阻塞效应下地铁隧道烟气蔓延特性研究

阻塞效应下地铁隧道烟气蔓延特性研究对隧道火灾烟气控制方案的制定有重要影响。采用火灾动力学软件FDS6. 4,对阻塞效应下地铁区间隧道内的拱顶下方最高温度、纵向温度衰减和烟气回流规律进行了数值模拟研究。结果表明,已有隧道拱顶最高温度预测模型并不适用于高阻塞比条件下隧道拱顶最高温度的预测,提出了隧道拱顶最高温度依赖于火源热释放速率、纵向通风条件及阻塞比时的最高温度预测模型。在火源下游温度衰减系数范围为[0. 197 1,0. 223 2];在火源上游,纵向通风速度越大温度衰减越快,且温度衰减系数与无量纲纵向通风速度呈线性增长关系。     

核电站浸渍活性炭阴燃蔓延特性的实验研究

碘吸附器内的核级浸渍活性炭是核电站主要火灾荷载之一,首先通过热重实验与分析,确定了核级浸渍活性炭阴燃前锋温度为350℃,获得了活化能为48.6 kJ/mol。继而基于自主设计的圆柱型活性炭填充床阴燃模拟实验台,在无强迫气流条件下,针对上表面中心引燃条件下的核级浸渍活性炭横向与纵向阴燃蔓延特性进行了实验研究。填充床径向截面温度场重构结果表明,核级浸渍活性炭在高温点热源作用下,易形成快速发展的阴燃蔓延燃烧过程。其中,横向蔓延燃烧速度达3.6 mm/min,明显快于纵向蔓延速度的0.5 mm/min。此外,内部温度场动态演化过程表明,浸渍活性炭向下蔓延燃烧过程中,将在其中部区域形成不断扩大的高温燃烧区,局部温度高于700℃,而此时其上表面温度却相对降低,易掩盖内部的危险区域。     

木材表面火蔓延特性的动态测量研究

通过模拟实验,对不同工况下木材表面的火蔓延特性进行了动态测量研究。首先应用火焰结构显示技术连续观察和记录了木材表面的火蔓延行为和火焰的热结构;其次,利用温度示踪技术对火蔓延过程进行了动态观测,进而获取了在不同条件下的火蔓延速度并分析讨论了木材表面火蔓延的机理。     

室内窗帘竖直火蔓延特性全尺寸实验研究

窗帘的安装方式对其燃烧特性有重要影响.基于9705全尺寸热释放速率实验平台,针对三种不同材质的典型窗帘试样,进行了全尺寸火灾实验.测量了试样在不同褶皱程度下的火蔓延速率、热释放速率、产生烟气的比消光系数等火灾参数,分析比较其相互关系,实验结果可为室内火灾动力学发展的数值模拟和火灾安全设计提供支撑与指导.