热阻力概念的修正及计算方法

以隧道火灾为背景,对一维加热管流中的热阻力进行了研究。通过压力场数值模拟与理论分析,直接证实了热阻力的存在,并表明传统概念上的热阻力明显大于实际的能量损失。根据能量方程提出水平无粘管流的热阻力应等于气流经过加热区的全压力降,而非静压力降;等截面管流的热阻力大小应为传统热阻力值的1/2。这一修正使热阻力概念具有了严格的流体力学意义。在定义新的热阻力系数基础上,建立了2个热阻力系数表达式及低马赫数条件下热阻力的近似表达式。将该近似表达式与热损失方程进行对比,表明两者在低马赫数条件下具有一致性。研究成果进一步发展了热阻力理论体系,对隧道火灾及其它相关工程热物理问题的研究与应用都具有重要价值。     

长株潭城市群人为热排放对城市热环境影响研究

采用"自上而下"的能源清单法,研究了长株潭城市群2017年人为热排放量及其时空分布特征;同时,利用中尺度天气预报模式(Weather Research and Forecasting,WRF)及其耦合的UCM对夏冬两季分别进行数值模拟试验,定量分析了不同类型建成区人为热排放增温效应的季节性差异.结果表明:(1)长株潭2017年人为热排放总量为3.49x1017J/a,平均人为热排放强度为14.22 W/m2,工业、建筑、交通和人体新城代谢对人为热的贡献率分别为48.15％、40％、11.3％和0.55％.(2)人为热的引入使得城市群主城区夏季和冬季的平均温度分别升高了约0.7℃和1.5℃;冬季增温效果是夏季的2倍.(3)不同密度分区人为热排放导致的增温效果不同,总的来说,工业/商业区＞高密度住宅区＞低密度住宅区.     

微波水热法制备ZnO-还原氧化石墨烯纳米复合材料及其光催化性能

通过快速沉淀-NaBH_4微波水热还原制备了ZnO-还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合物.采用X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光致发光(PL)等测试手段对复合光催化剂进行表征.结果表明,复合材料中的氧化锌为六方晶系纤锌矿结构,并均匀覆盖在RGO表面上,其直径大约为15—20 nm.ZnO-RGO复合材料的光催化性能明显优于氧化锌,为纯ZnO的2.5倍.光催化性能提高可能归因于RGO优良的电子传输能力加速了ZnO-RGO纳米材料光生载流子的分离效率.     

肥煤自燃全过程热动力学特征参数研究

实验测定了林西矿肥煤样品30~900℃煤自燃全过程热动力学特征参数,得出:TG/DTG曲线显示煤样DTG初始临界温度45℃,干裂温度122℃,活性温度195℃,增速温度265℃,质量极大值温度342℃,着火温度465℃,最大热失重速率温度515℃和燃尽温度690℃;DSC曲线显示,煤样初始放热温度60℃、最大热释放速率温度511℃。结合TG-DTG-DSC曲线综合分析可知,煤温达到510℃左右时煤样反应最剧烈。由煤自燃标志气体测定实验系统得出:煤温130℃后CO,CO 2释放量迅速增加,210℃增加速度下降;CH 4,C 2 H 6含量变化具有规律性且两者变化相近;C 2 H 4出现温度为130℃;C 2 H 4/C 2 H 6比值在190~350℃有较强的规律性,呈上升趋势且上升速度较快;350℃之后,CH 4,C 2 H 6,C 2 H 4体积分数均开始急剧增大;C 2 H 4/CO与C 2 H 4/CO 2变化趋势大致相同,在130~350℃时缓慢增长,达到350℃后比值呈指数形式上升。经拟合曲线,得到活化能的3个突变点温度:70,180,220℃,其中180℃与交叉点温度相吻合。通过以上研究,得到了肥煤自燃全过程的热力学特征参数,为实际生产中防治煤自燃提供了理论依据。     

太空环境下锂离子电池热失控与火灾的研究展望

综述了锂离子电池的热失控机理,介绍了由于电池内部电解液、电池隔膜和电极材料分解的链式热反应过程而引发的热失控和火灾现象。同时,讨论了锂离子电池在微重力太空环境中可能产生的烟黑浓度倍增,加速火蔓延,火焰喷射等极端火行为。进而探讨了开展锂离子电池的低压、落塔和抛物飞行等地面实验模拟太空微重力燃烧的方法可行性,建立数值模型预测太空微重力环境下锂离子电池热失控临界条件与火灾行为的必要性,以及如何通过基础研究科学地指导空间站电池热管理和消防系统的设计。     

矿井热宽温度环境人体热健康分区热调节模型*

为评价矿井热环境中工人职业健康安全状况,提出矿井热宽温度环境人体热健康状态的基本特征与生理要求,分析热宽温度环境人体分区热调节规律与热健康状态的对应关系。基于生物控制论的观点,提出热宽温度范围内不同热应力作用下人体分区热调节机制,建立人体分区热调节模型。结果表明:模型能实现对环境热应力作用下人体物理热平衡状态与生理状态的参数化描述,揭示多因素作用下人体热健康状态的热应力边界与变化规律。分区热调节模型提供了人体热健康状态定量模拟平台,通过参数调整可使模型适应研究需求,模型为井下热环境工人职业健康安全状况分析与评价提供了可参考的思路与方法。     

流量分布系数对低压热释放速率测量的影响

热释放速率是反映火灾规模的重要参数,但高海拔低压地区可燃物燃烧的热释放速率测量一直未得到有效解决。为此,引入烟气管道流量分布系数,并对其进行低压修正,基于耗氧原理分析了低压条件下可燃物燃烧的热释放速率测量原理,提出了低压燃烧热释放速率的计算方法。在此基础上,设计并搭建了低压燃烧舱模拟高海拔低压环境,开展了不同静态低压条件下的正庚烷池火试验,并对烟气管道流量分布系数与不同的静态环境低压进行线性关系、指数关系等拟合,发现试验工况压力下的流量分布系数与响应的环境压力呈指数函数关系,且拟合度高达97.2%。采用指数函数关系并根据能量守恒对试验测量出的低压热释放速率进行修正,误差不超过5%,表明该方法可行。     

基于火探管式的锂离子电池灭火技术研究

为研究锂离子电池灭火方案,基于火探管灭火技术同时利用新型清洁灭火剂Novec 1230,组装成火探管灭火系统。在灭火测试平台上以功率为200 W的电热管作为外热源引发单电池或电池模组热失控,通过改变火探管的布置位置,记录相应的灭火行为以及灭火效率,并对实验结果进行了分析。研究结果表明,当火探管灭火系统直接布置在电池正上方时,在起火后的5.6s内控制火情;随着灭火剂用量增加可以显著降低体系温度,防止电池复燃以及连锁热失控现象发生;火探管有效覆盖区域外的失控电池作为热源将继续加热临近电池,引发连锁热失控,造成灭火系统失效;根据电池热失控后的燃烧行为以及传热行为,提出相应的火探管灭火系统复合方案。