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。     

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。     

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。     

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。     

不同燃料液面深度的变压器套管油池火燃烧特性数值模拟

以某典型变压器油浸纸套管火灾事故为对象,利用FDS研究了燃料液面深度对套管油池火燃烧速率和火焰高度的影响。结果表明：随着燃料液面深度的增加,油池火的质量损失速率和热释放速率呈指数衰减,燃烧效率呈先减小后增大的变化规律,同时提出了耦合套管尺寸和燃料液面深度的无量纲火焰高度预测模型。     

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.     

在受限和通风防火分区内对燃烧速率特性的试验研究

在核安全研究框架内对在受限和通风防火分区内油池火燃烧速率进行了试验研究。在实体火灾试验基础上，此研究为在受限和通风火灾场景下的燃烧速率机理提供了新的信息。描述了在自由条件和空气受限条件下所进行的试验，对试验装置、仪器以及火源进行了详细叙述。在相同场景（0．4m^2TPH油池火）下，对自由条件和空气受限条件的试验情况下的燃烧速率进行了对比。在空气受限情况下，燃烧速率与时间的变化曲线显示出三个不同阶段：自由条件和受限燃烧速率相同；不稳定阶段，空气受限条件下燃烧速率高于自由条件下的燃烧速率;稳定阶段。从图像分析看，不稳定阶段显示，动荡和间歇火焰大大提高了燃烧速率。介绍了通风速率和油池面积对此现象的影响。试验结果为理解有限区域内燃烧速率提供了新的试验信息。     

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。     

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.     

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。     

Pulsation Behavior of Pool Fires in a Confined Compartment with a Horizontal Opening

This study reveals the flame pulsation behavior of pool fires in a confined compartment with a horizontal opening. A series of tests were carried out in a small-scale compartment with a central horizontal opening to obtain parameters, such as the mass loss rate (MLR), oxygen concentration, flame height, flame pulsation frequency. Results showed that the average MLR in the steady burning period varied with the opening size, whereas the oxygen concentration value at extinction remained constant for larger horizontal opening size. The mean flame height as obtained by image processing was compared with the predicted correlation for different horizontal openings. The flame pulsation frequency was obtained by performing a fast Fourier transform on the flame height. The influences of the pool fire diameter and horizontal opening size on the flame pulsation frequency were considered. The empirical correlation with exponent of ?0.5 between the pulsation frequency and diameter was verified for confined compartments, as well as the effect of the horizontal opening size on the flame pulsation frequency. In addition, the flame pulsation frequency could be characterized by a scaling relationship between the Strouhal number and Froude number.     

航空液压油在热辐射下的点燃及燃烧特性研究

液压油等重质燃油是飞机与汽车发动机等设备中的重要传动介质,容易在高温热辐射作用下发生点燃及燃烧,但目前对于此类重质燃油在高温辐射作用下的燃烧特性缺乏科学认识。基于锥形量热仪对15号航空液压油的燃烧特性进行了实验研究,得到了燃烧特性实验数据,分析了外加热辐射对液压油池燃烧的影响机制,发现外加热辐射对于高含碳油池火的影响主要作用机制是强化其火焰辐射换热,基于火焰热反馈理论建立峰值预测模型,能够准确预测外加辐射作用下燃烧速率的峰值。可为此类重质燃油的在高温工作环境下的防火提供基础数据和理论依据。     

变压器油燃烧过程中的排放特征研究

采用克拉玛依25＃变压器油在烟雾箱内进行直接燃烧模拟,确定燃烧产生烟尘颗粒及多环芳烃（PAHs）的排放因子。结果表明：烟尘颗粒的排放因子随燃烧量增加呈先增大后降低并趋于稳定的变化特征,稳定状态下小烟雾箱得到烟尘颗粒的排放因子大于大烟雾箱。新油和废油燃烧产生PAHs的谱分布接近,以中高环PAHs占主导,不同于变压器油中以低环PAHs为主的分布特征。中高环数PAHs排放因子随燃烧量的变化特征更接近烟尘颗粒,稳态条件下新油燃烧得到的PAHs排放因子高于废油,毒性等效当量都以BaP占绝对优势。     

高高原机场环境下可燃液体燃烧特性研究

选择航空煤油和正庚烷为燃料,在不同油盘直径工况下,研究其在高高原机场低压环境下的燃烧速率、热释放速率和火羽流中心温度变化等典型特征参数的变化规律。结果表明：航煤和正庚烷整个燃烧过程大致分为初期燃烧、稳定燃烧、衰减熄灭三个阶段;同一工况下,正庚烷的热释放速率大于航煤,燃烧时间更短,最大热释放速率与油盘直径有一定的指数关系,可以预测低压环境下油池火的最大热释放速率;火羽流中心温升与火源高度、功率存在指数关系,对理想火羽流模型进行了修正并应用于康定高高原低压环境,修正系数为8.43。     

The effect of diameter on the burning of crude oil pool fires

In order to understand the combustion characteristics of crude oil pool fires, an experimental study was carried out at the Fire Research Institute (FRI) large scale test facility. The radiative output, burning rate, and the concentrations of CO, CO₂, and smoke (above the flame tip) were measured during the burning of Arabian light crude oil, heptane, toluene, and kerosene floating on water. The effect of scale was studied by using steel pans ranging from 0.6 to 3 meters in diameter.Crude oil burned less rapidly and gave off less thermal radiation compared with heptane, but when water boiling, i.e., boilover, occurred, the burning rate increased by a factor of two or more. The intensity of boilover is related to pan diameter and initial fuel layer thickness.     

堆积尺寸对秸秆燃烧特性影响的实验研究

摘 要：秸秆是可能引起大规模山火的常见典型可燃物之一,自然堆积状态下秸秆的燃烧过程需要进行深入研究。开展了圆柱体秸秆的燃烧实验,直径分别为60 cm和90 cm,厚度从2.94 cm增加到12.23 cm。对比分析了不同工况下的秸秆燃烧过程,并对秸秆的质量损失速率、火焰温度等燃烧特性参数进行了分析。结果表明：秸秆燃烧过程可分为初始中心燃烧阶段、融合环火阶段、分离环火阶段和衰减熄灭阶段;秸秆的质量损失速率与厚度呈现明显的线性关系,且秸秆直径越大,质量损失速率也越大;火焰温度呈现“快速升高-缓慢降低”的趋势;火焰轴心温度随高度提高而逐渐降低,秸秆表面温度可达800 ℃,在0.9 m处的温度下降至200 ℃。研究结论有助于加深对秸秆火灾发展蔓延过程和特点的理解。     

油罐沸溢火灾前期特性的实验研究

研究设计了一套油罐火灾模拟实验装置,对具有水垫层的重柴油和0#柴油储罐火灾的前期燃烧特性进行了模拟实验研究。分析了油罐火灾燃烧发展阶段、燃烧火焰的温度变化、油品燃烧速度以及火焰高度变化的特点。探讨了油品种类、油罐直径和油品液面高度对油品燃烧速度的影响以及风速对火焰倾角的影响。