变压器油池火燃烧规律的实验研究*

为对变压器油池火灾进行准确有效的灭火,研究不同尺寸和不同厚度下变压器油的火灾动力学特征和基本燃烧特性,具体分析变压器油的燃烧过程和变压器油燃烧速率、火焰温度以及辐射热流随油池直径以及厚度的变化规律。结果表明:整个油品的燃烧过程分为预热燃烧阶段、稳定燃烧阶段和火焰熄灭阶段。对于厚度大于10 mm的油池燃烧,稳定阶段的燃烧速率与油层厚度无关,稳定阶段的燃烧速率随着油池直径的增加而增加。同时,变压器油火灾连续火焰区温度接近750 ℃。对于稳定燃烧阶段下的变压器油燃烧,基于辐射通量可得出在燃烧过程中,辐射热量占总燃烧热的占比约为1/3。研究结果可丰富变压器油燃烧的基础数据,为变压器火灾的灭火提供参考。     

细水雾抑制固体燃料火焰辐射特性的研究

采用热电偶测温系统和热流辐射传感器等仪器对细水雾施加前后火场温度及辐射热流密度进行测量.研究了不同喷雾气压下固体燃烧场的温度及辐射热流密度的变化特性.结果表明,细水雾的蒸发冷却是影响火焰热辐射的一个重要因素.在实验基础上,建立了固体可燃物燃烧场辐射热流密度的计算模型,计算结果与实验结果较为吻合.     

3m直径煤油池火灾火焰特性的数值研究

为了预测油池火灾的火焰特性,采用CFD模拟技术开展静风状态下3 m直径煤油液池的火灾场景模拟,探讨火焰温度、火焰羽流速度、辐射热通量、燃烧产物质量分数等油池火焰特性参数随高度的变化关系;并结合火焰形态分布,提出一种4区域模型,即将湍流扩散火焰划分为油气混合燃烧区、燃烧火焰区、烟尘区和热烟气区来分析燃烧气流在不同高度的实际物理化学特性。此外,通过经验公式和CFD模拟2种方法分别计算出3 m直径煤油池火灾的火焰高度、火焰表面的辐射通量及热辐射破坏半径,并对计算结果进行比较分析,结果表明:2种方法可互相补充完善,有助于池火灾的热辐射危害性评估。     

飞机撞击安全壳燃油泄漏燃烧数值模拟研究

为研究飞机撞击核电厂安全壳后引发燃烧对安全壳的影响,采用Fluent模拟了航空煤油替代燃料在安全壳内部和外部的燃烧过程,分析了安全壳不同位置处的火焰温度变化情况。结果表明,在开始阶段,燃油泄漏时间比较短,燃油缓慢蒸发汽化,燃烧发展过程以扩散蔓延为主,高温区域主要分布在安全壳侧壁面和底面。随着时间推移,液面蒸发速度加快,火焰高度呈现纵向发展的态势,最后在顶部形成较为均匀的温度场。安全壳内部燃烧最高温度可以达到2 229 K,外部燃烧最高温度为1 308 K。此外,撞击位置越高,安全壳顶部会越早出现高温区域,而较低位置处由于液池的堆积缓慢,燃油蒸发速率低,温度上升相对较慢。区别于内部燃烧,外部燃烧火焰不会波及安全壳顶部中心位置。     

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。     

聚合物燃烧火焰辐射及其温度的估算

受限空间中，通风对于燃烧状况和火焰辐射特性有重要影响。本文根据火焰中炭颗粒的生成及其受通风的影响，提出了关于聚合物燃烧火焰辐射和平均辐射温度的估算方法。计算了几种典型聚合物的火焰辐射及其平均辐射温度，并讨论了通风、燃料组成、炭颗粒和燃烧尺度的影响，旨在加深认识通风条件对于火焰温度及其有关辐射特性的影响，为受限空间中燃烧过程的分析提供依据。     

纤维缠绕大容积气瓶火烧试验及数值仿真

为研究火灾环境下纤维缠绕大容积气瓶安全性能,开展气瓶火烧试验,并利用计算流体动力学(CFD)方法对气瓶火烧试验过程进行数值仿真,分析燃烧温度分布、气瓶外壁热流密度分布及瓶内气体压升、温升变化。对比分析试验和仿真结果,发现正对火焰的气瓶瓶体底部热流密度高,且易导致局部失效,气瓶内气体温度分布不均匀;模拟结果与试验结果吻合良好,说明用数值仿真技术可得到较准确的气瓶等压力容器火烧试验过程中容器内流体的热响应特征。     

多种气压条件下甲醇池火燃烧特性的实验研究

通过自行研制的低氧低压模拟试验箱开展了小尺寸甲醇油池火燃烧实验,研究了在多种气压条件(40kpa、45kpa、55kpa、65kpa、75kpa、85kpa、100kpa)下的油池火燃烧特性参数的差异。实验发现,一定情况下,甲醇燃烧速率随着气压的升高而升高,呈现幂函数关系;火焰高度和火焰面积从低压开始先随着气压值的升高而升高,当达到一定的气压值后就会随着气压值的升高而降低;随着气压升高,羽流中心温度下降的幅度变缓。     

日本消防所关于危险物品灾害的研究

(1)油罐火灾的研究从五十年代后期开始进行的油罐火灾方面的研究有 :因火灾造成的液面下降速度 (燃烧速度 )、火灾向周围的辐射热、液面温度、沸溢、罐顶部分敞开时的燃烧特性、火焰内温度、气体组成、流向火焰的空气量、在油罐间的蔓延、防油堤火灾等。最近 ,因环境因素研究所内没有能进行大规模石油火灾试验。在 1991— 1999年间 ,研究所先后七次参加了国内外进行的大规模石油火灾试验 ,取得了辐射特性的资料 ,测定了各种数据 ,并以其资料为基础 ,进行了大型油罐火灾情况下 ,防止火灾的热辐射伤及消防队和周围设施的辐射模拟试验。(2 )可…     

庚烷池火多火源燃烧特性的实验研究

多火源燃烧是森林火灾和城市群发性火灾中重要而又特殊的火灾现象,相关研究很少。通过恒定控制液面高度的实验系统,对直径0.1m、0.2m和0.4m的庚烷池火在单个火源、两火源燃烧和三火源线性排列时的火焰高度、火焰体积和燃烧速率等特性进行了实验研究。研究发现,三火源燃烧时中间火源的火焰高度、火焰体积和燃烧速率明显高于两火源燃烧和单火源燃烧,三火源燃烧时边上火源与两火源的燃烧状况难以区分。这些燃烧特性随着火源间距的减小,呈现增大趋势。热量反馈增强和空气卷吸受限这两种火源相互作用机制相互耦合,且随着火源间距的减小而增强,在S/D（S为火源间距,D为油池直径）为2～4时,两种机制强烈竞争,在其他参数范围内热量反馈增强效应占主导作用。研究还发现火焰体积与热释放速率有较好的线性相关关系,单位火焰体积的热释放速率约为1614kW/m3。     

高温烟气中半透明水滴蒸发的辐射热特性研究

喷雾水滴蒸发在高温工业烟气降温除尘中广泛应用,半透明水滴内部吸收辐射热流对蒸发传质的贡献及内部辐射传热模型的研究,成为本领域的难点问题之一。依据简化的工况,综合考虑水滴内部环流、随温度变化的热物性以及Stefan流等因素,采用两种辐射吸收模型,通过几何光学近似解析求解水滴内部导热内热源功率,并从热辐射吸收功率、瞬态温度分布等方面对高温环境中半透明水滴的辐射特性开展研究。结果表明,半透明水滴对高温烟气热辐射有较强的选择吸收特性;吸收分布模型能更精确地反映水滴内部能量分布特点;研究工况下,两种辐射模型对液滴寿命预测结果相差小于2%;不计辐射将造成预测的水滴寿命10%以上的较大误差。     

振荡辐射下PMMA 热解与着火过程研究

采用正弦波变化振荡的辐射热流,对热厚PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的热解和着火过程进行研究,同时采用数值模拟,对实验结果进行验证和补充。结果表明,表面温度和深度温度随着时间而增加,温度由于周期性的辐射而发生振荡,而振荡幅度随着深度的增加而衰减;表面温度与深度温度振荡存在时间延迟;着火时间随着热流振荡周期的增大而减小,主要由于平均热流密度随着周期增大而增大。     

低压环境下不同直径油池火特征参量研究

为探究低压环境下油池火的发展特征、热释放速率(HRR)及火灾危害,在全尺寸低压HRR测试平台进行正庚烷与航空煤油不同油池直径的燃烧试验,测量低压环境不同直径下油池火热流密度、HRR及气体体积分数等特征参数,分析油池火热流密度、HRR、燃烧热量与气体体积分数等特征参数随油池直径变化的特征.结果表明:在热流计与油池距离一定...     

高高原机场油池火燃烧特性研究

为研究高高原机场特定环境中正庚烷油池火燃烧特性,考虑火灾受空气氧分压等因素影响,在康定高高原机场实验室利用ISO9705燃烧系统开展等效火灾油池的燃烧试验,重点分析热释放速率、燃烧速率、温度场分布和火焰辐射热通量等特性参数的变化规律。结果表明:燃烧速率方面,油池尺寸和单位面积燃烧速率近似呈线性变化;火场温度方面,受大气压力和空气密度影响,油池轴线最高温度较常压低,温升与经典羽流温升理论存在偏差;热辐射通量方面,通过曲线拟合方法得到油池尺寸与热辐射通量的关系式。     

KI50X特高压变压器油火灾特性参数分析

为了获得KI50X特高压变压器油火灾特性参数,在大空间试验厅中,通过在不同尺寸油盘中燃烧KI50X型特高压换流变压器油,测量了燃烧速率、火焰平均高度、羽流轴向温度等燃烧特性参数。详细讨论了燃料初始温度、燃料厚度、油池直径等对燃烧速率、火焰平均高度、羽流轴向温度的影响。燃料厚度对质量损失速率有较大影响,燃料厚度为20mm时,可以观察到包括:(Ⅰ)初始增长、(Ⅱ)准稳态燃烧和(Ⅲ)衰减至熄灭3个典型燃烧阶段,因此燃料厚度都设为20 mm。当初始燃料温度从25℃升高到90℃时,会出现整体沸腾现象,导致质量损失率出现第二个峰值。此外,分别提出了在常温(25℃)和高温(90℃)下,油池直径与稳定阶段燃烧速率的关联式参数。通过对试验数据的拟合,在过渡火焰和总湍流火焰条件下,KI50X型特高压换流变压器油的燃烧速率符合液体燃料燃烧速率与油池直径的一般关系。火源上方无量纲高度处的轴向无量纲温度分布与Z/D成正比。拟合得到的轴向平均温度分布关系式表明,随轴向高度与KI50X变压器油池直径之比的增大,轴向无量纲温度升高比生物柴油和正庚烷油池快。最后系统地给出了25℃及90℃下KI50X型特高压变压器油燃烧特性拟合公式的一系列参数。     

基于三维图像分析的浮力扩散火焰几何与辐射特性研究

火焰几何特性和辐射特性是刻画火灾规模及其危害的重要参量。利用三维火焰重构技术,获取了丙烷浮力扩散火焰的火焰高度、表面积、体积和火焰面元视角系数的变化规律。结果表明,三维重构的火焰能够表征真实火焰形态的动态变化。平均火焰表面积和体积均可较好地拟合为热释放速率的幂函数,火焰表面积热释放速率随火焰热释放速率的增加趋于常数。平均火焰高度、表面积和体积与火焰外部平均辐射热流之间具有较好的幂函数关系,且拟合指数随着与火源距离的增大而减小。此外,将点源、圆柱辐射模型和火焰面元积分方法得到的辐射计算值与辐射测量值进行比较,发现火焰面元积分方法能够更好地预测火焰外围的瞬时和平均辐射热流分布。     

龙柏树冠火对相邻建筑的辐射特性研究

我国城市绿化覆盖率快速增长,带来了植被与建筑混合区域的火灾隐患。以常见城市绿化树种龙柏为研究对象,开展了单树树冠火对其相邻建筑的热辐射规律实验研究,测量了不同间距情况下建筑物一层和二层窗户位置的辐射热流密度,并在圆柱火焰模型的基础上,将圆柱火焰分为下层的稳定火焰区和上层的间歇火焰区,提出了分层圆柱火焰模型。结果表明,分层圆柱火焰模型可以准确描述树冠火辐射热流密度最大值随高度和距离的增加而递减的变化趋势。单一圆柱火焰模型理论的结果表明竖直方向上热流密度随高度变化不大,未能准确描述辐射热流密度竖向变化规律;分层圆柱火焰模型计算的辐射热流密度比单一圆柱火焰模型更符合实验结果,能更好地预测安全距离。     

航空煤油薄油层燃烧特性实验研究

为研究薄油层燃烧特性,开展航空煤油薄层油池火实验,分析油品燃烧的整个过程、燃烧速率、火焰高度和辐射反馈等参数随时间的变化规律。结果表明:整个薄层燃烧过程除发展、稳定和熄灭阶段外,还存在薄层燃烧衰减阶段。稳定阶段的燃烧速率与初始油层厚度相关,但随着厚度的增加其逐渐趋于稳定;薄层燃烧衰减阶段,燃烧速率会随着实时油层厚度的下降逐渐降低。对比火焰高度的实测值和模型预测值发现,Heskestad模型的预测更接近实际结果;燃烧发展阶段后,火焰辐射反馈基本维持稳定,受初始厚度的影响较小,但辐射透射强度会随着油层厚度的降低而增加,且增速逐渐加快,表明辐射透射在薄层燃烧衰退阶段中起到关键作用。结合辐射透射的变化规律,将辐射反馈分为可吸收和不可吸收2部分,并提出用于预测辐射透射大小的经验模型。     

水滴撞击高温酥油表面的动力学过程模拟试验研究

细永雾与酥油池火相互作用的初始阶段,或细水雾不能有效抑制酥油池火时,往往会发生火焰燃烧被强化的现象.为了深入认识这一现象的发生机理,通过模拟试验研究水滴撞击到不同温度酥油表面的动力学过程.试验中水滴的初始直径为(2.61±0 1)mm,韦伯散为77.9;酥油温度变化范围为200～300℃.整个碰撞过程采用Phctron Fastcam高速摄影仪进行拍摄记录.结果表明:水滴撞击到高温酥油油池时,水滴会迅速蒸发并在酥油中生成气泡,气泡上升到酥油-空气交界面时破裂,或者在油池内部发生蒸汽爆炸导致酥油液滴或酥油液桂飞溅;当酥油温度达到300℃时,水滴进入酥油后114ms左右即发生剧烈的蒸汽爆炸,大量高温酥油被溅起,这应该是导致细水雾熄灭酥油池火时发生火焰燃烧被强化的主要原因之一.     

泄漏原油水面池火燃烧特性试验研究

为解决使用就地燃烧法(ISB)处理海面溢油时,燃烧效率低,除油效果不理想的问题,使用轻质原油在宽阔水面油池火试验装置中开展小尺度模拟试验。首先,设计宽阔水面油池火试验装置模拟就地燃烧处理过程;然后,测量火焰高度、系统温度和燃烧残渣质量;最后,研究不同油池直径和初始油层厚度下平均火焰高度的变化。结果表明:宽阔水面油池火的燃烧可以分为4个阶段;热波传递是沸溢产生的主要原因;燃烧效率与油层厚度呈正相关。