不同风速条件下井喷失控火灾的数值模拟

采用计算流体动力学方法对不同风速条件下的井喷失控喷射火进行数值模拟,研究风速变化对井喷失控喷射火温度场、热辐射场、火焰高度及伤害半径的影响。结果表明:喷射火高度在风力0~2级时基本不变,风力2~8级时呈双曲线规律降低;伤害范围在无风条件下呈近似圆形分布,在有风条件下呈近似椭圆形分布;随风速增大伤害半径存在一个峰值点,危险区伤害半径峰值在1~2级风之间,致死区、重伤区、轻伤区伤害半径峰值在2~4级风之间。     

流化床多晶硅生产车间火灾模拟研究

结合某工程实例,采用FLUENT软件对流化床车间生产单元氢气泄漏燃烧、硅烷泄漏燃烧时的火焰温度和热辐射进行模拟分析,确定影响火灾的相关因素,并使用TNT当量法分析可燃气体泄漏后车间的爆炸危险性。结果表明,泄漏孔径对火灾范围影响重大;环境风速能降低硅烷火焰温度;爆炸破坏半径随时间和泄漏孔径的增加呈现非线性增长。     

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.     

不同尺寸的油盘池火灾临界参数研究

以航空煤油为燃料,分别选用300、450、600、900mm四个不同直径的油盘进行池火实验。研究不同油盘直径,不同高度的火焰温度和热辐射。结果表明,同一高度处,火焰燃烧速率、油池火达到的最高温度和产生的热辐射均随油盘直径增加而升高;油盘直径一定时,油池火的温度随高度的增加而增加,热辐射值随高度的增加呈递减趋势。实验发现,直径900 mm油盘测量高度30 cm处测得"辐射死区"的存在。     

纵向通风下隧道内重石脑油燃烧温度分布与火焰倾角研究

搭建了1:10的缩尺寸隧道模型,考虑不同火源功率和纵向风速开展了纵向通风下隧道内重石脑油燃烧的试验研究,测量了隧道内顶棚下方纵向温度分布,并量化了火焰的倾斜角度。结果表明：随着纵向通风风速的增加,隧道内温度整体呈降低趋势,顶棚下方最高温度逐渐减小,进而提出了纵向通风下隧道内重石脑油燃烧时顶棚下方最高温度的估算模型。火焰倾斜角度随纵向风速的增加而呈增加趋势。当纵向风速较低（小于1 m/s）时,随着纵向风速的增加火焰倾斜角度明显增大;当纵向风速较大（大于1 m/s）时,纵向风速对火焰倾斜角度的影响不明显。     

基于粒子点火的矩形油池表面火焰燃烧特性

基于Lagrangian粒子小火焰点火的方式,采用混合分数燃烧模型和Clausius-Clapeyron蒸发速率方程,实现了矩形柴油池火蔓延的CFD模拟。针对80 cm×5 cm×2 cm矩形柴油油池进行火焰表面蔓延实验研究。将火焰温度和火焰蔓延速度的数值模拟结果与实验进行对比分析,验证了数值模拟的可靠性。研究表明,主火焰前方区域燃油蒸气浓度达到0.01 975mol/mol且燃油表面达到着火温度时,火焰会发生蔓延;火焰前锋面存在冷对流气相涡旋,以0.327 m/s的速度沿火焰锋面向上移动,并随火焰前锋面的摆动而向蔓延方向位移。     

柴油罐池火灾事故模拟与影响因素分析

为探究柴油罐池火灾事故后果危害区域的影响因素,采用ALOHA软件对柴油罐池火灾事故进行模拟,分析泄漏孔径、泄漏位置、温度、湿度和风速与事故后果之间的关系。分析结果表明:泄漏孔径增大和储存温度增高时,火灾危害范围、火焰高度和最大燃烧速度都会增大;随泄漏孔高度增加,火焰危害范围和最大燃烧速度会先下降后趋于平缓,而火焰高度变化不大;空气湿度增加时,火灾影响范围缓慢下降并趋于平缓;当风速增大时,影响区域先平缓再突升,到达高点后缓慢下降,存在一个最大危害风速范围;空气湿度和风速对火焰高度和最大燃烧速度没有影响。     

热辐射通量对谷物粉尘燃烧特性的影响

为研究热辐射通量对谷物粉尘燃烧特性的影响,以可食用玉米淀粉为研究对象,采用锥形量热仪(CONE)研究不同热辐射通量对热释放速率、质量损失速率、烟气温度、引燃时间等的影响。原料分别过120、140、160、180、200目标准筛进行筛分,于22、24、26、28、30 kW/m~2热辐射通量下进行点火燃烧实验。结果表明:相同测试条件下,玉米淀粉热释放速率峰值随热辐射通量的增大而增加,30 kW/m~2时峰值强度增大至最大80.293 6kW/m~2。热辐射通量变化对平均热释放速率、平均有效燃烧热、放热总量的影响较小。质量损失速率变化曲线随热辐射通量的增加向左移动,辐射通量22 kW/m~2质量损失速率曲线呈现一个较大的峰,其他辐射通量时均呈现双峰特征。烟气温度变化曲线随热辐射通量的增加整体向上移动。引燃时间随热辐射通量的增加而减小,呈线性减小关系且影响较大:热辐射通量为22 kW/m~2时,引燃时间为104 s;30 kW/m~2时,引燃时间减小至58 s。故相关涉粉企业在生产过程中应加强厂房内通风换气,严格控制设备、通风除尘管道等的温度避免内部热辐射温度过高。     

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。     

长白落叶松人工林采伐迹地燃烧特性研究

设置燃烧床燃烧实验,研究不同风速、坡度和燃料含水率实验条件下长白落叶松人工林采伐迹地的燃烧特性指标的变化。结果表明:火蔓延速度和火线强度随风速、坡度增加而增大,随燃料含水率增大而减小;燃烧床最高燃烧温度可接近650℃,相同土壤深度下伐根附近较远离伐根处的土壤温度高;坡度和燃料含水率增大会使火前锋滞留时间增加,而风速增大时,滞留时间减小。     

环境风作用下聚氨酯泡沫水平火蔓延行为实验研究

为探究环境风速对聚氨酯泡沫水平顺流火蔓延的影响,开展多组工况对比实验,分析不同侧向风速对火蔓延典型特征参数（火焰形态、质量损失和近域场温度及辐射）影响。实验结果表明：侧向风速会缩短热解前锋预热角形成时间,且预热角度大小与风速呈负相关,预热角减小会增大火焰前锋对预热区热反馈面积,使火蔓延速度增加;火焰前锋受侧向风速拉伸效应主导下的空气卷吸作用,火蔓延过程中熔融滴落频率增大,加大次生火灾危险性;同时火蔓延过程中材料的质量损失率随风速增加而增加;风速的冷却效应在火蔓延前期占主导地位,但仍会促进火蔓延速度,且水平板材上下两侧辐射峰值差逐渐增大。     

A review of physics and correlations of pool fire behaviour in wind and future challenges

This paper reviews the physics and correlations for the burning behaviour of pool fires in wind, discussing also challenges for future research on this topic. In the past decades, the burning behaviour of pool fires in still air, which is solely buoyancy driven, has been extensively studied. These studies are primarily focused on scale, radiation, soot, pressure and gravity effects. However, these phenomena and physics change significantly with much more complexity in the presence of wind, with regard to heat feedback and burning rate; flame morphological characteristics; flame turbulence, soot and radiation emission. Remarkable progress has been made in understanding the behaviour of the heat feedback and burning rate, flame tilt, flame length and flame base drag of wind-blown pool fires. Several semi-empirical correlations have been proposed for these quantities, based on experimental data and the physically dimensional analysis. However, for wind-blown pool fires, the flame soot and radiation emission coupling with complex flow turbulence scales due to the interaction of buoyancy with wind still require more basic research. All these processes are more challenging especially for wind-blown large scale pool fires, which require knowledge and understanding of the physics, especially for establishing evaluation methodologies of their hazard and adverse impact.     

半敞开式白酒库泄漏事故火灾风险分析

运用PyroSim 软件建立某大型半敞开式白酒库的单个防火分区的1∶1 模型,考虑风速的影响,计算火灾发生后的温度场和热辐射场分布,并分析温度和热辐射对罐体及构筑物的影响。结果表明：无风条件下,泄漏点附近和顶棚均处于严重热暴露环境,罐体和顶棚可能发生结构破坏。有风条件下,火焰烟气会得到一定冷却并能较快排放,事故储罐和顶棚的温度均有下降,但气流导致火源燃烧核心发生转移,泄漏点周边储罐遭受的火灾影响增大。热辐射场影响分析显示,现行标准中储罐间最小防火间距略显不足,建议在实际设计中将此距离增加到0.6D 以上。     

The Wind Effect on the Transport and Burning of Firebrands

Firebrands, controlling spot fires, are often responsible for fast damages in wildland and urban fires. However, the behaviours of firebrands are difficult to predict. In this study, we conduct experiments in a wind tunnel to investigate the effect of wind on the smouldering burning and transport of firebrands. Three different sizes of disc wood particles (weighing about 1 g) are heated to generate smouldering firebrands, and then blown out by a horizontal wind of 5 or 7 m/s. In each experiment the transport distance (in the order of 1 m) and mass loss of firebrands are measured to examine their burning behaviours. For the first time, a bimodal distribution (burning and extinction modals) is observed for small firebrands under certain wind speeds (firebrands of 12-mm diameter and 5-mm thickness under a wind speed of 7 m/s in this work). Both the firebrand transport distance and mass loss in the extinction modal are smaller than those in the burning modal. The heat transfer analysis shows that there is a critical wind speed to quench the firebrand and produce a bimodal distribution, and its value increases with both the particle size and the heating duration. The predicted critical wind speed agrees well with experimental measurements.     

长白山6 种主要森林类型地表凋落物燃烧性实验研究

以长白山黄松蒲林场6 种主要森林类型林地内凋落物为对象,研究长白山林区地表凋落物的燃烧性。在长白山黄松蒲林场的白桦林、针叶混交林、针阔混交林、落叶松林、阔叶混交林和杨树林6 种主要森林类型林地内设置样地,通过外业调查、混合采样的方式收集地表凋落物并进行燃烧实验,测定火蔓延传播的速度、燃烧温度和质量变化。通过改变实验风速、坡度和坡向,研究不同条件对火行为、火蔓延速度和烧损率的影响。实验结果表明：长白山地区地表凋落物的火强度从大到小排序为白桦林、针叶混交林、针阔混交林、落叶松林、阔叶混交林、杨树林,白桦林的火强度最大,为460.23 kW/m,杨树林的火强度最小,为367.09kW/m;风速越大,地表凋落物火蔓延速度越大;风速为6 m/s 时,燃烧过程平均温度最大,烧损率最高,当风速小于2 m/s 或大于8 m/s 时,可燃物无法完全燃尽;上坡火坡度增加时,地表凋落物的火蔓延速度增加,烧损率减小;下坡火坡度增加时,地表凋落物的火蔓延速度减小,烧损率增加。     

Analysis of geo-temperature recovery under intermittent operation of ground-source heat pump

In this paper, a three-dimensional model is presented to study the geo-temperature variation with the porous theory. The simulation is validated in comparison with experiment that carried out on the mode of heating. The model was used to predict the geo-temperature distribution in operation and recovery period of ground-source heat pump system. Moreover, the influencing factors including thermal conductivity, porosity, backfill material, air temperature, solar radiation energy and velocity of wind on the soil recovery process were calculated. The results show that the soil temperature recovers more quickly when heat conductivity increases and soil porosity decreases. Under the heating mode, the soil temperature recovers more quickly when the solar radiation and air temperature increase and the wind reduces. Furthermore, the results indicate that the soil properties have great effect on the soil recovery, however the environment factors have little effect.     

红松林地表凋落物层燃烧数值模拟

采用PyroSim建立红松林地表凋落物层大空间模型,对凋落物层的燃烧温度、热释放速率、烟气浓度等进行数值模拟。取红松林地表凋落物进行试验,探究其燃烧与蔓延过程。结果表明,红松林地表凋落物层燃烧时温度在100～490 ℃;随着高度增加,温度下降幅度由剧烈逐渐趋于平缓;燃烧150 s时,热释放速率HRR达到7.5×105 kW,且有继续上升趋势;燃烧烟气中CO2体积分数达8％～10％;火场内流动风速为2 m/s时,烟气体积分数下降65％左右。凋落物燃烧温度曲线与模拟结果相似,采用PyroSim软件能够近似地模拟红松林地表凋落物层燃烧的过程与发展趋势。     

风暴移动对下击暴流风场特性的影响研究

气象观测表明,下击暴流的风暴中心是移动的,风暴的移动会对风场特征产生重要影响。为研究风暴移动对下击暴流风场特性的影响,基于计算流体动力学方法建立考虑移动效应的下击暴流数值模型,并通过可移动喷口的冲击射流试验对数值模拟结果进行了验证。结果表明：移动下击暴流风场在风暴中心前缘存在较大环涡,形成弓形分布的极值风速区域,最大水平风速出现在距离风暴中心r=1.0Djet（Djet为喷口直径）左右,极值风速可达1.5Vjet（Vjet为射流速度）;风暴后方水平风速被减弱,最大风速出现在r=1.5Djet附近,极值风速约为0.8Vjet。近地面竖向风速随高度的增大而增大,受风暴移动的影响,在风暴中心区域,竖向风速向风暴移动方向一侧倾斜;在风暴中心区域以外,竖向风速主要由环涡引起,较大竖向风速主要分布于风暴中心后方以及风暴中心前方1.0Djet~2.0Djet的区域。风暴的移动导致风场中测点风速和风向随时间变化显著。     

热力效应作用下小区风环境风洞试验研究

温度作为影响城市舒适度的主要因素之一,对流场的作用机理到目前为止尚不明确。为揭示温度场对流场的影响规律,基于大尺寸风洞,对不同热力条件下的平均风进行试验研究,得出不同理查逊数R_b作用下的人行高度风速、相关测点顺风向速度和雷诺剪切应力分布并进行详细分析。以长沙市某小区为研究背景,探究了不同热力效应下人行高度风场的分布规律,获取了热力条件下典型测点的相关性系数,并利用超越概率的方法定量评估了热力效应下的小区人行高度风环境。结果表明:在-0.38<R_b<0范围内,空风洞流场随着热力效应增大,在近地面风速增长相对较大,且随着高度的增加其增幅逐渐减缓; 实际中小区人行高度风环境受温度影响整体较小,主要影响集中在风速比0.6以下,最大均方根为0.635,风速比在0.6以上时温度对风速影响效果相对较小; 热力效应对人行高度风场的相关性与舒适度影响较小,其最大影响值分别为8%和3.87%。