航空煤油池火脉动频率试验研究

为比较液体燃料池火与前人研究的气体燃料扩散火焰脉动频率的差异,对圆形航空煤油池火的脉动规律进行了试验研究。使用的油盘直径分别为0.1 m、0.15 m、0.2 m、0.3 m、0.4 m和0.5 m 6种。使用电子天平实时记录油盘内燃料质量的变化,作为对油池火是否进入准稳定状态的判断依据。之后应用自编的基于亮度阈值法的Matlab程序,首先对CCD摄像机所记录的准稳定状态下连续火焰图像序列中每一张图像的每一个像素点是否为火焰区域进行判断,完成火焰图像的二值化处理;再由火焰图像二值图计算瞬时火焰高度;最后对火焰高度随时间的变化结果进行快速傅立叶变换(FFT),获得火焰脉动的频域分布。在利用无量纲特征数Strouhal数St和Richardson数Ri分析火焰脉动频率与不同影响因素之间定量关系的基础上,应用试验数据,对油池火焰脉动频率预测方程进行了最佳拟合,得到了油池火脉动频率与油盘直径的经验关系式。对相同尺度的池火而言,依据此关系式计算所得的火焰脉动频率略小于前人以气体为燃料进行研究所得到的结果,且二者之间的差异随油池尺度增加而逐渐缩小。结合火焰形状动态演化的周期性特征对此现象进行了定性分析。因为油盘中的液体燃料接收火焰辐射传热需要一定的时间,导致燃料蒸发延迟,而使火焰脉动频率略有下降。     

图像型火灾火焰探测原理

根据火灾火焰的颜色特性、闪烁频率特性、形态变化特性及其发生发展在图像上所表现出来的趋势特征,设计分析了图像型火灾火焰的序列帧识别原理,并结合工程应用的分类特性,论述了图像型火灾火焰的干扰及其使用图像的小块分割算法和外形判断的干扰排除方法.     

100号航空汽油池火燃烧特性试验研究

从燃烧速率及热释放速率、火焰脉动特征、热辐射特性等方面研究了100号航空汽油池火的燃烧特性.通过电子天平实时采集数据并进行处理得到池火燃烧速率,利用全尺寸热释放速率测量系统测量池火热释放速率,通过图像处理技术对池火脉动特征进行分析,通过在火焰一定距离处布置热流计得到池火热辐射特性相关参数.结果表明:100号航空汽油池火稳定燃烧速率大于普通汽油燃烧速率,最大燃烧速率和衰减因子均大于普通汽油参数值;小尺寸池火热释放速率不稳定,随着油池尺寸的增大,热释放速率稳定性增强;池火火焰周期性脉动现象非常明显,脉动频率试验值与Pagni公式预测值接近;在油池液面高度产生的辐射强度随着无量纲距离L/D的增大呈指数衰减,拟合得到的曲线公式所对应参数值与油盘等效直径呈线性关系,通过此关系得到100号航空汽油池火热辐射统一方程.     

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。     

脉动通风在螺旋隧道施工期的应用研究

为提高施工期通风排除污染物效率,将脉动通风方法应用于螺旋隧道中,通过理论分析研究脉动通风在隧道施工期排除污染物的原理,采用FLUENT软件模拟不同脉动幅值、脉动频率下隧道内污染物浓度变化情况。研究结果表明:脉动通风可有效减少螺旋隧道内涡流区面积,优化隧道风流流场;脉动通风方式可使积聚在涡流区内的污染物产生纵向脉动速度,并加强风流横向脉动;脉动通风对爆破后排出CO气体效果不明显,但对降低喷浆过程粉尘浓度效果显著,数值模拟与理论研究结果吻合;排除污染物效果与脉动幅值无明显关系,与频率关系显著,且频率较小时效果更好。     

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％。     

一种基于质心距脉动特征的火焰轮廓识别算法

火灾视觉特征的提取是火灾图像探测的关键问题。提出了一种描述火灾火焰轮廓脉动信息的火焰图像质心距脉动模型,即先用质心距来描述火焰的轮廓信息,再利用傅立叶描述子描述火焰轮廓变化的时空信息,采用距离来度量相邻两帧图像轮廓的变化幅度。实验结果表明,对于火灾火焰视频图像而言,其相邻两帧之间的脉动幅度、变化频率要明显高于受控燃烧、光源干扰等非火灾情况,可有效应用于火灾火焰的识别。研究表明,该方法能有效地探测火灾的发生,降低系统的误报率。     

甲烷射流扩散火焰结构试验研究

利用不同口径、不同流量的甲烷射流扩散火试验研究了射流扩散火焰结构特征,得到了射流火从层流燃烧到湍流燃烧再到吹熄的一般规律.结果表明,不同口径射流火在层流扩散燃烧与湍流扩散燃烧时火焰高度的变化各有不同.火焰最大高度出现在湍流扩散燃烧阶段.某些工况下燃烧出现脉动火焰现象,此时的火焰高度较小.     

楔形障碍物与火焰的作用

采用多镜头Cranz ＆ Schardin高速摄影机,对卧式燃烧方管内楔形障碍物与CH4/空气预混火焰的相互作用进行了实验研究,获得了高清淅度的障碍物诱导火焰失稳的分幅时序照片.基于RANS方法,对上述复杂物理现象进行了数值模拟.计算结果与实验结果基本相符,反映了火焰在管内传播与变形的详细过程,得到了楔形障碍物所导致的火焰加速与变形的内在机理,揭示了火焰传播过程中由层流燃烧向湍流燃烧转捩的本质.     

回形障碍物影响火焰的实验和数值研究

在充满甲烷-空气预混气的方形燃烧管内，对火焰穿过回形障碍物的情形进行了实验研究，拍摄到了障碍物附近流场的时序阴影照片。基于k—ε湍流模型和EBU燃烧模型的同位网格SIMPLE算法，进行了三维数值模拟，绘制了火焰阵面三维视图。根据实验结果和数值计算结果，详细讨论了火焰进入到出离障碍物这一过程中，回流区、剪切层、湍流以及火焰形状等的变化特征。     

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。     

半封闭空间中水喷淋和泡沫灭火系统灭油池火实验研究

为了对比泡沫灭火系统和水喷淋灭火系统的灭火效率,采用装有400 mL汽油或柴油的280 mm×280 mm油盆模拟火源,分析了0.35,0.48和0.75 MPa压力下泡沫灭火系统和水喷淋灭火系统灭油池火的灭火时间、降温冷却效率及火焰面积。结果表明:泡沫灭火系统比水喷淋灭火系统灭油池火的效果更好,对汽油火的灭火时间比水喷淋灭火系统缩短了35.3%,压力对于灭火效率没有影响;柴油火的灭火效率随压力的增加而增加,不同压力下灭火时间比水喷淋灭火系统分别缩短了35.7%,42.9%和66.4%。     

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。     

变坡度条件下正丁醇定常流淌火非稳态燃烧行为研究*

为探究流淌火在变坡度地面的蔓延特性,丰富火灾研究理论,推进流淌火预防和风险评估的发展,采用1套自制矩形小尺度油槽系统,研究正丁醇变坡度、变泄漏速率情况下溢油定常流淌火的蔓延特性。结果表明:当泄漏速率相同时,坡度越大,正丁醇的加速过程越明显,当坡度从1°上升到4°,正丁醇扩散速率增大了40.8%;不同坡度下,正丁醇的平均火焰高度随泄漏速率的变化均呈现“上升-下降-稳定”趋势;流淌火蔓延过程中脉动方式分为2种:“跳跃-爬行”和“跳跃-爬行-回缩”;当泄漏速率较小时,流淌火蔓延过程中的脉动频率随油槽坡度的增大而增大,当泄漏速率较大时,脉动频率不再随油槽坡度的改变而发生明显趋势变化。     

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。     

丙烷扩散火焰燃烧光谱特性研究

为实现烃类火灾事故的光谱辨识,对丙烷火焰燃烧初期过程中的光谱特性进行实验研究,利用拉曼光谱仪等设备采集、提取丙烷扩散火焰光谱数据。分析燃烧初期OH~*,C₂~*,CH~*,H₂O分子谱带范围及特征峰值分布特性,揭示谱带光谱特征强弱的主要原因,阐述沿火焰轴向与径向C₂~*,CH~*以及H₂O分子光谱峰值强度的分布特性。研究结果表明：丙烷火焰特征光谱主要分布在可见光与近红外波段,250～380 nm的近紫外波段光谱强度较弱。C₂~*的509.4,512.8,810.5 nm特征谱带,CH~*的431.4 nm谱带以及H₂O分子的586.2,652.2 nm处振动-转动谱带可作为丙烷火焰燃烧的关键特征光谱,为烃类火灾的早期识别与防控提供光谱实验依据。     

基于灰色关联分析的变压器油池火灭火有效性评估

为对比不同灭火系统扑灭变压器油池火灾有效性,提升变压器油池火灭火效能,从效能评估工具、灭火临界参数、行业法规中提取并确定变压器油池火灭火有效性评估指标集,包括3个观测变量,6个具体指标。采用Otsu’s算法处理火灾图像确定火焰面积,通过层次分析法确定各观测变量和具体指标权重,应用灰色关联法构建变压器油池灭火有效性评估模型。以水喷雾、细水雾、泡沫-水喷雾以及泡沫-细水雾扑灭变压器油池火为例,分别计算4种不同灭火系统下的灭火有效性。研究结果表明：灭火方案有效性为泡沫细水雾(1.000)>纯水细水雾(0.653)>泡沫水喷雾(0.447)>纯水水喷雾(0.333)。该评估模型可以将消防监测终端采集的消防大数据与人工智能技术有效结合,有助于提升变压器消防安全管理智能化水平。     

汽车用聚合物材料火灾燃烧特性研究

为研究车用聚合物材料的燃烧特性,并对材料的火灾危险性进行全方位的评估,采用锥形量热仪,对汽车上常用的ABS,PP-PVC,PVC革-无纺毡以及无纺布-PVC聚合物材料进行分析表征,测得点燃时间、热释放速率、总热释放量、质量损失速率、烟气生成速率等参数。结果表明:ABS材料的点燃危险性相对最低,PVC革-无纺毡材料相对最高;随热辐射强度的增加,各样品的热释放速率和烟气生成速率明显加快;结合热释放速率峰值、均值和总热释放量可知,无纺布-PVC材料的热危险性相对最低;结合烟气生成速率和总烟释放量可知,ABS材料的发烟危害性相对最高,无纺布-PVC的相对最低;综合比较各样品的FGI和FPI值,安全等级由高到低依次为ABS,PP-PVC,PVC革-无纺毡,无纺布-PVC。     

CO2和ABC干粉灭火剂扑灭火旋风火焰实验对比分析

为了分析2种灭火剂扑灭火旋风效果,采用实验室自制装置生成稳定的火旋风火焰,喷射CO₂或ABC干粉灭火剂,获取火焰温度场及光电信号数据。研究结果表明:在CO₂灭火剂或ABC干粉灭火剂作用下火旋风火焰温度场呈“下凹”型指数衰减;受灭火剂喷射位置影响,火焰根部、中部及顶端不同区域的灭火剂影响系数不同;基于火焰降温速率和光信号变化,相较于CO₂灭火剂,对火焰起抑制作用的ABC干粉灭火剂降温效率更高、扑灭效果更好。     

压缩空气泡沫扑救大型油类火灾全尺寸实验研究*

为验证压缩空气泡沫扑救大型火灾的有效性,分别开展225 m2甲醇和450 m2重油油池火灭火实验,采用压缩空气泡沫系统搭配消防机器人远距离喷射压缩空气泡沫的灭火方法,分析该方法的灭火效能。研究结果表明:压缩空气泡沫系统可以实现远距离灭火,压缩空气泡沫的施加可以有效降低油池内燃料温度、火场温度以及油池附近热辐射强度。在压缩空气泡沫系统混合液流量为3 900 L/min时,距离油池边缘29 m条件下扑救450 m2全尺寸重油火灾的灭火时间为130 s,灭火阶段水和3%泡沫液的消耗量分别为8 233 L和273 L;在压缩空气泡沫系统混合液流量为3 600 L/min时,距离油池边缘不小于35 m条件下扑救225 m2全尺寸甲醇火灾的灭火时间为231 s,灭火阶段水和6%泡沫液的消耗量分别为12 962 L和808 L。研究结果对提升扑救大型油池火灾的作战能力具有重要意义。