化工安全及事故应急虚拟现实与3D仿真综合实训平台的构建与实践

常州大学安全工程专业根据“新”与“认知性”相融合原则、“主动体验”原则、“理论知识”指导原则、“理解学习过程”原则和“面向全体”原则,以“现实—虚拟—沉浸”的模式,构建了基于“互联网+”的化工安全及事故应急虚拟现实(VR)与3D仿真综合实训平台。该平台由化工精馏生产工艺模型装置、3D仿真模拟软硬件系统及虚拟现实软硬件系统组成,可为学生提供有效的沉浸式实训学习体验,从而提升学生的认知,激发学生的研讨学习兴趣,培训学生的基本技能,规范学生的安全行为,培养学生的综合素质。研究表明,基于虚拟现实技术的实训教学是培养学生解决工程问题能力的重要途径。     

储罐火灾消防资源需求预测及辅助决策系统开发

危化品储罐火灾扑救时消防力量、消防资源需求的科学预测是准确把握灭火时机、合理制定火灾扑救方案及总攻时间的基础。建立危化品储罐火灾扑救泡沫需求评价二级指标体系,采用模糊层次分析法建立了泡沫灭火剂用量评价数学模型,并根据事故类型、救援力量类别需求、各种应急救援装备与作战人员需求建立危化品储罐火灾消防力量需求预测模型。利用事故后果预测模型、消防力量需求预测模型,结合软件技术、物联网技术和地理信息技术(GIS),采用B/S架构开发基于GIS的大型石油化工储罐火灾扑救辅助决策系统,可进行事故后果预测与事故扑救消防资源需求预测,实现事故应急辅助决策方案自动生成与推送,有效提高了危化品储罐火灾扑救的科学性和效率。     

聚多巴胺包覆混合粉体抑制甲烷爆炸的实验研究

为了减小甲烷爆炸带来的影响,研究了多巴胺自聚合合成聚多巴胺,包覆二氧化硅和碳酸钙混合粉体,在自主研发的亚克力管道实验平台进行甲烷爆炸实验。进行不同浓度聚多巴胺包覆混合粉体的抑爆对比实验,以探究多巴胺浓度对甲烷爆炸的影响。通过粒径分析、电镜扫描、热重分析等技术手段对聚多巴胺包覆混合粉体进行表征分析。实验结果表明聚多巴胺包覆混合粉体符合一般抑爆粉体特征。结合分析最大爆炸超压、火焰传播特征图像来探究其甲烷抑爆性能。分析其爆炸超压时,当多巴胺浓度为0.6 g/L时,相比未喷粉工况,最大爆炸超压下降了32.31%。结合表征分析探究了抑爆机理。     

泡沫灭火剂中全氟辛烷磺酸类物质的管控行为及替代物研究进展

全氟辛烷磺酸（perfluorooctane sulfonic acid, PFOS）使水成膜泡沫灭火剂（aqueous film forming foam,AFFF）具有较好的耐高温和抗烧能力,但由于PFOS的难降解性、生物富集性及毒性,国内外相继对PFOS类物质进行了管控。本文简述和分析了泡沫灭火剂中PFOS类物质的管控行为及替代物研究,分析表明管控行动逐步从限制走向淘汰,研究泡沫灭火剂中PFOS类物质的替代物极为迫切;替代物的研究方向主要有两个,一个是泡沫灭火剂中短氟碳链类表面活性剂研究及短氟碳链泡沫灭火剂的灭火效果验证,但短氟碳链类表面活性剂可能存在长期环境持久性的问题;另一个是泡沫灭火剂中无氟类表面活性剂的研究,如有机硅表面活性剂、甜菜碱型表面活性剂、纯化皂苷表面活性剂,但无氟类表面活性剂可能会影响无氟泡沫灭火剂的表面活性、灭火能力、灭火效果等。泡沫灭火剂中PFOS类物质的替代物研发尚任重而道远。     

聚多巴胺包覆混合粉体抑制甲烷爆炸的实验研究

为了减小甲烷爆炸带来的影响,研究了多巴胺自聚合合成聚多巴胺,包覆二氧化硅和碳酸钙混合粉体,在自主研发的亚克力管道实验平台进行甲烷爆炸实验。进行不同浓度聚多巴胺包覆混合粉体的抑爆对比实验,以探究多巴胺浓度对甲烷爆炸的影响。通过粒径分析、电镜扫描、热重分析等技术手段对聚多巴胺包覆混合粉体进行表征分析。实验结果表明聚多巴胺包覆混合粉体符合一般抑爆粉体特征。结合分析最大爆炸超压、火焰传播特征图像来探究其甲烷抑爆性能。分析其爆炸超压时,当多巴胺浓度为0.6 g/L时,相比未喷粉工况,最大爆炸超压下降了32.31%。结合表征分析探究了抑爆机理。     

激波卷扬三通管内铝粉致二次爆炸及抑爆研究

设计粉尘爆炸综合测试平台,研究激波卷扬铝粉致二次爆炸的现象及其抑爆规律。结果显示,中位粒径为35μm的铝粉在质量浓度为500 g/m3时的最大爆炸压力等爆炸特性参数值高于其他浓度。基于工业管道集尘系统特点设计实验室水平三通管抑爆系统进行试验,结果表明:封闭三通管的分岔结构增强了主管道分岔口的爆炸压力和火焰传播速度,同时削弱了垂直分管道的爆炸压力和火焰传播速度;铝粉最大爆炸压力和火焰传播速度随加入抑爆剂浓度的增加而减小,磷酸二氢铵抑爆剂质量分数为10%时可以完全抑制铝粉爆炸。     

基于MCS-CB的三通管内铝粉爆炸风险分析

为研究粉尘爆炸及抑爆后的风险变化,构建了基于蒙特卡罗模拟的粉尘爆炸不确定性风险及其概率变量评估方法,对三通管内铝粉爆炸压力动态不确定性变化及粉尘爆炸超压不确定性风险进行分析。结果表明：中位粒径为35 μm、质量浓度为500 g/m3的铝粉在典型位置三通管处爆炸超压服从Gamma分布,其爆炸超压平均值为0.10 MPa;蒙特卡罗模拟结果显示,以超过50%概率区间为例,分岔口处铝粉爆炸超压致管道结构损坏的风险性为85.41%,加入7.5%磷酸二氢铵后,超压对于管道结构的致损风险减小至45%。     

黄原胶和纳米二氧化硅对无氟泡沫性能的影响

纳米粒子、高分子聚合物稳定泡沫的独特优势使其成为解决泡沫稳定性的研究热点。本文探索了亲水二氧化硅纳米颗粒（NPs）、高分子聚合物黄原胶（XG）对无氟泡沫分散液的发泡性能、泡沫稳定性及铺展性等泡沫性能的影响。研究结果表明，NPs和XG对泡沫稳定性有显著影响。与NPs相比，添加XG有助于增强泡沫稳定性，但对泡沫分散液发泡性能有抑制。NPs添加量为3.0%（质量分数）时，泡沫分散液的发泡能力得到提高。同时添加NPs和XG时，控制二者添加浓度可在稳定泡沫过程中产生协同效应。在铺展过程中，加入NPs、XG后泡沫分散液黏度增加，使泡沫分散液在汽油表面的铺展有不同程度的减缓，但对灭火产生不利影响。