小尺度环氧丙烷池火燃烧特性研究

为研究低沸点易燃液体池火燃烧特性,以环氧丙烷为燃料,利用自行搭建的小尺度池火燃烧试验平台开展不同直径池火燃烧试验。使用油盘直径分别为12、16、20 cm,通过电子天平、热电偶、辐射热流计、电子摄像机等测量燃料速率、火焰温度、火焰高度、热辐射等特性参数,并结合理论公式分析特征参数随直径变化的规律。结果表明,环氧丙烷池火稳定燃烧速率与油池直径成正比;平均火焰高度试验测量值与理论结果基本一致,在试验工况下约为3.2倍油池直径;火焰轴线平均温度随着高度增加呈现先递增后递减趋势,油池直径越大温度递减趋势越缓慢;通过数据拟合得到在实验工况下热辐射与油池直径的函数关系。     

坡度对柴油流淌火燃烧特性的影响

利用自行设计的流淌燃烧实验平台对柴油流淌火在不同坡度条件下的火焰高度、质量损失速率、火焰温度和热辐射等燃烧特性参数进行了研究,并就坡度对流淌火着火初期燃烧状态的影响进行了对比分析。实验结果表明,随着坡度的增加,柴油流淌火的火焰高度、质量损失速率、火焰温度和火焰热辐射均小于同等规模的油池火,且在实验范围内,坡度越大,油品流速越大,火灾特性参数越小,着火初期着火段与泄漏口的距离越大。     

流淌火与油池火燃烧特性对比实验研究

建立流淌火燃烧特性实验研究平台,采用93#汽油进行油池火与流淌火的对比燃烧实验,研究在不同斜面角度条件下流淌火与油池火灾在质量损失速率、火焰温度、火焰热辐射等特性参数上的差异,并分析其原因.结果表明,流淌火的火焰高度较低而且非对称分布,火焰波动较大,质量损失速率较小,温度较低,热辐射值较小.可为建立与完善流淌火燃烧理论模型和热辐射危害模型提供参考依据,同时对大型油罐区消防安全设计及灭火救援也具有重要意义.     

基于CFD的开放空间油池火燃烧速率和热辐射研究

采用混合组分燃烧模型和有限体积辐射模型,通过液体表面蒸发模型对液态燃料和火羽流进行耦合,建立开放空间油池火模型.利用CFD方法分别对不同直径的庚烷油池火进行模拟,研究其燃烧速率、热释放速率随直径的变化以及火焰中轴上的温度和单位体积热释放速率(HRRPUV)分布,并得出油池表面的热辐射反馈以及油池外部水平和垂直方向的热辐射强度分布规律.部分模拟结果与实验进行对比,验证该模型的适用性和有效性.     

小尺度变压器油池火灾燃烧特性的实验研究

开展了直径20～50 cm 的圆形变压器油池火实验,分别测量并研究了火焰形态、燃烧速率、火焰轴心温度等燃烧特性。结果表明：在变压器油燃烧的3 个阶段中,稳定燃烧阶段持续时间最长,而衰减熄灭阶段要明显短于起始燃烧阶段。在燃烧速率方面,油池的直径越大,变压器油燃烧速率越快,燃烧时间越短,变压器油的液位下降速度也越快。变压器油的单位面积燃烧速率与经典辐射模型具有良好的一致性,单位面积燃烧速率与油池直径呈现幂函数形式。在火焰温度方面,油池中心线温度呈现距离液面的垂直高度越大其火焰温度越低的趋势,液面上方火焰温度最高可达700～800 ℃,同时油池火尺度对火焰最高温度的影响不大。     

变压器油池火非稳态燃烧特性实验研究

为研究变压器油的非稳态燃烧特性,搭建变压器油燃烧实验平台,开展不同油池直径的池火实验,系统分析油池直径对变压器油非稳态燃烧的影响,定性、定量研究不同油池直径对燃烧速率、火焰脉动频率等的影响。结果表明：变压器油池火燃烧过程可以划分为：初期增长阶段、充分发展阶段和衰减阶段。其中充分发展阶段又可以根据燃烧速率的变化特征分为准稳态燃烧阶段和沸腾燃烧阶段。燃烧速率随油池直径的增大而增大。准稳态燃烧阶段中,火焰脉动频率与油池直径呈负相关,油池直径越大,火焰脉动频率越小。     

开放环境下火旋风火焰温度变化规律实验研究

借助空气幕火旋风实验平台开展了开放环境下火旋风火焰温度变化规律的研究。利用热电偶阵列测量了不同高度和不同油盘直径下的火旋风径向温度,发现开放环境下的火旋风径向温度分布在较低位置处符合双峰型分布,表明富燃区的存在;随着高度的增加,径向温度由双峰型分布逐渐向高斯分布转变,表明火焰内富燃区逐渐消失。利用双热电偶测温方法,对火焰中心轴线上的温度进行了修正。根据火旋风火焰径向温度分布的特点,估算了火焰表面温度随高度的变化情况。     

受限空间正庚烷油池火火焰脉动频率研究

利用光电二极管接收火焰辐射光强,将光信号转换为电信号的原理,研究了受限空间内正庚烷油池火的火焰强度和脉动频率随时间的变化规律。结果表明：在一定的时间内,随着正庚烷油池火点燃后,开始一段时间内,受限空间内氧气充足,油池火燃烧强度迅速增大,当达到一定时间和强度后,由于燃料减少,受限空间内氧气不足,火焰强度开始逐渐减弱;从实验中观察到油池火燃烧前期阶段,火焰并未有波动,当燃烧一段时间后,受限空间内供氧不足,需要外界提供氧气,火焰开始波动,火焰脉动频率迅速增大,最大值达到1.5 Hz 左右,火焰脉动频率与油盘直径的拟合结果为f=1.06 D- 0.5。通过利用低成本的光电二极管实现监测受限空间内油池火火焰脉动频率,有利于受限空间内火灾探测技术发展。     

环形油池火羽流中心线的温度分布

开展了小尺度环形油池火实验,测量了燃料的质量损失速率,记录了火焰形态的变化,借助编制的图像分析程序处理实验视频,得到了环形油池火的连续火焰高度和最大火焰高度。将Hasemi羽流中心线温度模型的理论值与实验值进行了对比,得出相应结论。根据实验结果提出了环形油池火灭火救援应当注意的事项。     

通风对受限空间燃油热释放率的影响

在全尺寸热释放率实验台的基础上,搭建了不同通风形式下的油池火燃烧实验台,研究了在受限空间中风速、油盘面积、风口与油盘距离、风口朝向角度及风口直径等对乙醇燃烧过程中热释放率的影响。结果显示:在第1、第2阶段中,热释放率随风速的增大而增大,随风口朝向角度与45°的差值逐渐增大而减小,随风口直径增大而减小;热释放率峰值随油盘面积的增大而增大,随风口与油盘距离的增大而减小。     

小尺度沸溢油池火灾燃烧速率特性试验研究

使用胜利原油对小尺度沸溢火灾燃烧速率特性进行了试验研究。分别记录了直径为0.1、0.15、0.2 m的原油沸溢油池火灾的燃烧过程,测量了燃烧速率和温度随时间的变化。根据燃烧速率和火焰高度变化对沸溢火灾燃烧进行阶段划分。探讨了不同直径及初始油层厚度对沸溢火灾燃烧速率的影响,在燃烧速率基础上建立沸溢强度模型。结果表明:沸溢火灾燃烧可以分为预燃、准稳态燃烧、沸溢燃烧、火焰熄灭4个典型燃烧阶段;沸溢燃烧阶段的燃烧速率和火焰高度显著大于准稳态燃烧阶段;沸溢火灾各阶段燃烧速率均随油池直径的增大而增大,且沸溢燃烧阶段的增幅明显大于准稳态燃烧阶段的增幅;准稳态燃烧阶段的稳定燃烧速率与初始油层厚度无关,随油池直径的增大而增大;沸溢强度随初始油层厚度的增加及油池直径的减小而增大,并与初始油层厚度和油池直径间的比值成正比。     

某钢铁厂主厂房钢结构火灾危险性研究

通过在某钢铁厂主厂房内开展火灾实验,监测厂房内油池火的火焰发展高度、羽流中心线温度衰减规律、顶棚温度分布情况,观测记录烟气流扩散蔓延过程,获取实时数据,得知顶棚钢结构受火灾烟气温度影响情况。结果表明:钢铁厂主厂房发生4 MW火灾时,稳定阶段火焰高度维持在4～5 m,羽流中心线的温度随高度增加而大幅度衰减,火源上方顶棚钢结构附近的温度仅维持在50℃以内,顶棚钢结构的安全性得以保证。     

风速对航空煤油池火热释放速率的影响

利用全尺寸多功能热释放速率综合实验平台,增加环境风速调节与控制模块,在不同环境风速的条件下进行航空煤油的油池火燃烧特性实验研究,实验所用圆形油盘的直径分别为0.2、0.34、0.5m,风速为0～3.78m/s。实验结果表明:热释放速率与风速影响因子之间存在较明显的函数关系。提出圆盘油池火燃烧热释放速率的表面风速影响因子,并给出了二者的函数关系。     

壁面对池火燃烧特性影响

调节圆形油盘距壁面的距离,分别对直径为15、30、40、50 cm的油盘进行了池火燃烧实验,探讨油盘直径、油盘距壁面的距离对热释放速率、火焰高度和火焰温度的影响.结果表明:火源靠近壁面燃烧时,各燃烧参数均值约是自由燃烧状况的1.14倍;油盘直径越大,燃烧参数随着L/D的增大,下降趋势越大.     

环境压力对油盘火振荡行为影响的实验研究

正美国家标准技术研究院为了研究环境压力对油盘火振荡行为的影响,在设定压力下,对直径为2～10 cm的乙醇油盘火进行了实验研究。研究人员对火焰结构和振荡频率进行了量纲分析,并引入格拉晓夫数解释了火焰结构由层流向湍流转变的过程。同时,利用火焰轮廓的概率分布重新定义了油盘火的振荡强度,发现油盘火振荡强度与格拉晓夫数有关。实验发现,环境压力和重力对振荡频率的影响取决于油盘火的规模和火焰结构。     

基于蒙特卡洛法的池火灾热辐射安全距离确定

为研究池火灾中热辐射安全距离,建立了池火灾热辐射传播模型,采用蒙特卡洛方法计算目标处接收到的热辐射强度。模型假设液池直径、风速、温度、湿度以及火焰表面热辐射程度等参数符合随机分布规律。结果表明,目标处接收到的热辐射强度符合对数正态分布规律,目标位置处小于特定阈值的热辐射强度频率随距离的增加而加大。     

静态低压环境对正庚烷油池火燃烧速率的影响

针对高原环境低压低氧条件下燃烧行为异于常压环境的特性,采用了3.00 m×2.00 m×4.65 m的低压燃烧舱,选取101、75、64、38、24 k Pa的静态低压环境,研究测试了两种不同尺寸的典型正庚烷油池火。油盘直径分别为20 cm和30 cm,高10 cm。实验采集了燃料质量损失、燃烧速率和视频摄像等,采用辐射模型和压力模型分析静态低压环境下正庚烷油池火质量损失及燃烧速率的变化。固定油盘尺寸时燃烧速率与压力呈现良好的线性关系,不同尺寸油盘火的燃烧速率的压力模型拟合效果优于辐射模型。     

可燃液体自由表面燃烧特性的数值模拟

依据小尺度汽油燃烧实验模拟法确定边界条件,采用数值模拟方法进行汽油池火燃烧模拟。数值模拟结果和实验结果具有一致性:用非稳态数值模拟的火焰热辐射随燃烧的进行逐步增加;热辐射分布以火焰的高温区分布较强;火焰中各组分如氧气消耗量、C(s)等质量浓度与燃烧时间的无量纲关系曲线与燃烧过程的温度分布一致,且遵循双曲线变化规律。采用稳态模拟方法得到不同风速条件下火焰倾角与风速之间的变化曲线,有风时火焰温度较无风时增加,且随着风速的增加而增加(实际上存在某个临界风速);有风时火焰热辐射分布随火焰的倾斜而改变,下风向热辐射明显,上风向则较低,且热辐射波及范围较无风时增大。     

野外组合式软体油囊油料火灾发展规律数值模拟

针对油料火灾燃烧特性,基于油料燃烧实验结论,选用湍流燃烧模型、热辐射模型以及烟气模型,利用FLACS 模拟直径0.5 m 的小尺度油池火燃烧和大尺度野外组合式软体油囊油料泄漏起火。结果表明：油池火燃烧最大热辐射通量分布并不以油池中轴线严格对称;野外组合式油囊发生油料泄漏后的流淌火灾燃烧过程中整体自装卸托盘处受到的最大辐射强度高达35 kW/m2,油囊处受到的最大辐射强度约18 kW/m2;火灾发生20 s 后油囊受到的热辐射强度即可达到使油囊熔化的最低能量。     

生物质柴油初始温度对其燃烧特性的影响

针对生物质柴油初始温度对其燃烧特性的影响开展了实验研究。采用直径为100、150、200、250 mm的油池作为燃料承载容器,油温为308～398 K。实验记录了燃料质量损失速率、油池内燃料温度、火焰中心线温度以及整个燃烧过程,得到了一系列结论。根据质量损失速率可将生物柴油的燃烧过程分为三个阶段:燃烧发展阶段;准稳态阶段;燃烧熄灭阶段。根据油池内燃料温度变化,可以得到生物柴油的沸点。燃料初始温度对火焰中心线温度无明显影响,火焰温度主要受油池直径的影响。