扩散火焰在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上蔓延研究:理论、试验和数值模拟

对PMMA进行数字模拟和试验，对描述自然边界层扩散火焰理论的假设进行评价。我们把流动特性（二维边界层）和表面热平衡作为评价的关键假设。试验、数字模拟和理论模型证实了对质量传递数值定义的假设是正确的，但研究也表明，有必要对流动特性进行三维模拟。     

超细水雾影响小型火焰在固体可燃物上蔓延的数值模型

开发了CFD模型，用来预测细水雾中火焰沿固体燃料蔓延的特性。采用气体和固体燃料作为对比试验，利用不稳定两维保守公式描述自持性火焰蔓延情况。因为的分析重点主要放在火焰前锋火焰的熄灭机理（火焰前锋完全暴露在细水雾中），所以考虑了有限率（finite—rate）化学反应。火焰基本传播数据也可虑了用于细水雾和蒸气质量的公式，这包括水蒸发造成的能量消耗。还对在细水雾喷洒下聚合材料做成的厚燃料床上火焰的水平传播进行了试验。结果显示，火焰热释放区内自持性能量守恒对外部能量消耗非常敏感。在本试验中，主要是水滴蒸发造成的能量消耗。因此，在火焰前锋，火焰在细水雾的喷洒下挣扎着，要么按几乎相同的速度（没有水喷雾情况下）继续传播，要么被完全熄灭。本文还研究了水滴直径大于30μm细水雾的灭火特性。本文获得了在不同条件下火焰蔓延情况下，灭火需要的细水雾质量分率的关键浓度。     

细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟

细水雾灭火以其高效、环保的特点，已成为最具潜力的哈龙灭火系统替代技术之一。本文采用计算流体力学（CFD）的方法，使用火灾场模拟软件FDS4．05模拟研究细水雾灭火系统对空间4个位置油池火的灭火效果。研究结果表明，细水雾对喷头正下方的火源灭火效果最好，且灭火效果随火源距离喷头横向距离的增加而减弱。     

细水雾在狭长空间降温效果的数值模拟

对于非常温工况的狭长空间,有时仅用通风的方式难以满足要求,而用细水雾进行辅助降温则行之有效。本文通过数值模拟研究了不同的喷雾量对降温效果的影响规律。根据相似准则建立了实验台,并将模拟结果与实验结果进行对比,结果发现,计算值与实验值吻合的较好,证明用模拟的方法研究类似的工程问题是可行的。在大量模拟计算的基础上,拟合了细水雾在狭长空间降温效果的经验公式,该公式的相关性比较好,可以为类似工程的应用提供指导作用。     

不同工况下细水雾灭火效能影响的数值模拟

采用FDS对单室火灾中细水雾与火焰相互作用过程进行数值模拟分析,探讨细水雾与火焰相互作用过程中不同区域的细水雾灭火机理,分析粒径分布、速度和雾化角度对细水雾灭火产生的影响.模拟结果表明:在细水雾与火焰相互作用过程中粒径分布对灭火效能影响显著;细水雾在粒径小于100 μm时不能实现有效灭火;当粒径为200～400 μm时细水雾能有效抑制火焰发展并熄灭火源;在细水雾灭火机理中,相对于气相冷却和隔氧窒息,细水雾的表面冷却作用起到主导作用;细水雾喷射速度对灭火效果影响较大,细水雾动量不小于火羽流动量是火灾发展得到有效控制的重要前提;细水雾有效雾通量随着雾化角度增大而逐渐减小,雾化角度增大不利于细水雾灭火效能提高.     

细水雾对地铁火灾烟气抑制的数值模拟

随着地铁迅速发展,地铁火灾的应急救援成为火灾科学界的研究热点。本文采用火灾动力学软件FDS模拟地铁车站的烟气流场和细水雾的相互作用。通过改变楼梯上方细水雾的施加角度,分析了细水雾后方固定点烟气温度变化规律,气体浓度变化规律等。结果表明,不同施加角度的细水雾对烟气抑制效果不同,当细水雾施加角度为60°时,抑烟效果最好,有效地降低了烟气的温度和烟气层的厚度。模拟结果对有效控制烟气的蔓延和人员疏散的研究提供相关的参考。     

氯气扩散影响因素的数值模拟

基于FLUENT的物质传输模型建立氯气泄漏扩散模型,针对不同泄漏速率、外界风速、障碍物类型等对氯气泄漏扩散进行数值模拟.结果表明,泄漏速率较大时,重气效应明显增大,下风向形成的高浓度区增大;风速较大时,重气云在下风向的扩散速率增大,在水平侧风向的扩散速率减小,在泄漏源和障碍物附近的停留时间减少;不同的地表条件是影响重气扩散的重要因素.     

原木楞堆细水雾灭火过程数值模拟

采用FDS模拟对原木楞堆细水雾灭火过程.通过分析雾滴直径、喷雾速率和喷头与楞堆顶面距离不同情况下楞堆燃烧周围温度的变化规律,选定了贮木场楞堆细水雾化灭火系统的合理参数.模拟结果表明,雾滴直径在100～150 m、喷头与楞堆顶面距离约5m时,细水雾灭火系统的灭火效果最好;雾滴速率为30～70 m/s时对灭火能力的影响不走,在设计细水雾灭火系统时可不予考虑.     

办公建筑室内污染物扩散数值模拟

本文对西安某办公建筑风速发生变化时的室内污染物扩散进行了数值模拟并分析。结果表明:办公建筑室内装修材料含水率越高,室内污染参数扩散越快。室内各污染参数之间会相互影响,并且促进污染物参数的扩散。室外环境变化时室内污染物的扩散主要受风速的影响。     

住宅小区污染物扩散的数值模拟分析

采用计算流体动力学CFD的方法,以哈尔滨市某新建住宅小区为研究对象,对该小区南区多种工况下室外气流流动和污染物浓度扩散情况进行了三维数值模拟分析。模拟结果表明:在建筑群周围产生湍流和低速区的地方,会出现污染物浓度累积情况。小区内污染物浓度的变化特征是随着离污染源的距离增大逐渐减少,其垂直分布仍符合地面源排放的扩散分布形式;不同风速条件下随风速增大,则污染物散布愈广,相应局部浓度降低。对采样试验结果与相应数值模拟结果进行了对比,两者在趋势上比较一致,通过误差分析,得到采样试验与数值模拟结果的平均偏差仅为0.013mg/m3,平均比例误差仅为0.406,证实了模型的有效性。     

Inhibition of counterflow methane/air diffusion flame by water mist with varying mist diameter

In the present study, the effect of fine water mist on extinguishment of a methane–air counterflow diffusion flame was investigated to understand the underlying physics of fire extinguishment of highly stretched diffusion flame by water mist. Twin-fluid atomizers were used to generate polydisperse water mist of which Sauter mean diameters were 10, 20, 40, and 60 μm. When water mist is not added, the critical stretch rate at extinguishment is 439 s⁻¹ as compared to the theoretical value of 460 s⁻¹. For the case with water mist addition, when the stretch rate is small enough, almost all the water mist evaporates within the flame zone. On the other hand, for high stretch rate case, large mist droplets pass through the flame zone and can reach the stagnation plane. However, no oscillatory motion was found around the stagnation plane. Critical stretch rate at extinguishment decreases monotonously with the mass fraction of water mist independently of the mist diameter within the range of D₃₂ from 10 μm to 60 μm. On the other hand, with increase in the surface area parameter, the critical stretch rate at extinguishment decreases rapidly and becomes less sensitive at large surface area parameter, of which tendency is qualitatively in good agreement with theoretical predictions. For a constant surface area parameter, the critical stretch rate decreases with mist diameter because the mass fraction of water mist should increase in proportion to the mist diameter to keep the surface area parameter constant. When the water mist evaporates completely in the flame zone as in the present study, the mass fraction of the water mist is the dominant factor for fire extinguishment, rather than the surface area parameter. Therefore, an appropriate combination of stretch rate and water mist mass fraction should be provided to suppress effectively a given fire with a small amount of water mist.     

细水雾与油池火相互作用的尺度模拟实验

讨论无细水雾时火焰的尺度关系及细水雾施加时细水雾相关特性的尺度关系,选择符合尺度关系的喷头,在线性尺度比为3.33的两个空间内进行细水雾灭火实验,测量不同火源功率下的临界灭火水流量,并分析实验结果,以考察尺度模拟方法的可靠性。使用有效喷口直径这一概念可以保证喷头流量与雾滴在喷口处的初始速度均能满足尺度模拟要求。当喷头高度与有效喷口直径比约为1 750时,两种尺度下的标准化灭火数据吻合较好。     

管廊风速对细水雾系统灭火效果影响研究

建立等比例综合管廊数值模型,采用FDS模拟了通风风速为0、0.4、0.8、1.2 m/s下电缆舱着火工况的细水雾灭火效果,分析风速对灭火效果的影响以及纵向通风与细水雾共同作用下的烟气蔓延情况。结果表明,随着通风风速的增加,尽管管廊内部的含氧量增加,但火源及正上方温度下降,很大程度上减缓了火源竖向发展趋势。研究结果证明了高压细水雾灭火系统的有效性。城市综合管廊采用细水雾系统时,施加不高于1.2 m/s风速的通风气流对细水雾灭火更为有利。     

一种爆炸水雾灭火弹的设计

设计了一种水雾灭火弹,由弹壳、盐水和药柱3部分组成,使用时将弹体机械抛射或直升机空投到火场,在火场上空爆炸产生水雾,解决了雾状水喷射距离短的难题。同时,水雾中含有大量的消焰剂和爆炸产生冲击波超压,也能辅助灭火。弹体采用特殊的形状和结构,使壳体主体部分能相互重叠地摞起来,减小了体积,有利于运输。各组成部分能够迅速组装为整体,可在火场附近水源处就地组装,从一定程度上解决了灭火水源的问题,可实现连续灭火。弹体外壳选用碳纤维复合材料,能使爆炸水雾抛撒更加均匀,产生更强的爆炸冲击波,且不产生伤害消防人员的爆炸破片。试验表明爆炸水雾能够扑灭汽油火和柴油火。