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。     

正庚烷热释放速率测量与研究

以欧洲标准火之一的正庚烷火（TF5）为主要研究对象，在符合ISO9705标准的ISOR00M全尺寸实验装置内对正庚烷火热释放速率进行测量与研究。通过在多组不同实验条件下，对正庚烷燃烧时的热释放速率等数据分析，发现相同质量的正庚烷在不同尺寸油盘中燃烧，油盘面积越大燃烧越剧烈，但同时油盘尺寸的增大也会带来影响燃烧的消极因素。研究结果还表明相同尺寸的油盘中不同质量正庚烷的燃烧，燃料质量的增加会使燃烧前期发展较缓慢，但是燃烧后期会更加剧烈，其促进燃烧的效应往往会弥补甚至超出前期的发展缓慢所带采的影响．     

纵向通风及坡度对隧道池火燃烧速率影响实验研究

采用1∶15的缩尺模型隧道,隧道坡度范围为0～10%,进行纵向通风风速为0～2.5 m/s的乙醇和正庚烷池火实验,研究坡度与通风风速对油池火燃烧状态的影响。油池采用厚度1 mm的不锈钢板打造,边长为8 cm和10 cm。随着纵向通风风速的增加,乙醇池火的燃烧速率先下降后上升,正庚烷池火在水平隧道和坡度为5%的情况下,燃烧速率也呈现先下降后上升的趋势。但在隧道坡度为10%的情况下,正庚烷的燃烧速率单调增加。火焰倾斜角随风速的增大先迅速增加后缓慢增加。     

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.     

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。     

含NaCl低压细水雾抑制受限空间油池火研究

针对高压细水雾灭火系统在抑制船舶油料火灾过程中的强化燃烧及设备布置空间大等缺点,利用1.5 m×1.5 m×1.0m封闭舱室平台,以正庚烷为燃料,实验研究不同NaCl质量分数(5%、10%、15%、20%)添加剂的低压细水雾(0.2～0.6 MPa)抑制油池火特性。分析了细水雾灭火过程中的燃烧状态、火焰温度和灭火时间。结果表明:在压力为0.4、0.6 MPa下的细水雾,灭火时间随着NaCl质量分数的提升大致呈"V"型规律;在相同的NaCl质量分数下,压力越高,灭火效果越好,时间最短为35 s。     

密闭机舱双火源燃烧质量损失研究

在3 m×3 m×3.5 m的缩尺度船舶密闭机舱中,设置边长分别为10,15,20 cm的正方形双油池,试验研究双油池不同间距下的燃烧速率变化规律。结果表明：密闭舱室内的双油池火可分为初始、稳定、熄灭三个典型燃烧阶段,不同面积油池的无量纲间距S/L与燃烧速率之间呈现抛物线关系且质量损失率达到峰值时S/L的阈值在0.70～0.85,这与开放空间以及隧道半封闭空间下的双火源发展有很明显的区别。在此基础上,给出了密闭舱室内修正间距S的无量纲热释放速率预测模型。     

AFFF 对航空煤油油池火的抑灭有效性研究

按照国家标准灭火试验的要求,采用不同的泡沫喷射率对不同尺寸航空煤油油池火开展了灭火效果试验,分析油盘尺寸、泡沫喷射率对灭火效果的影响,验证固定喷射率条件下,能够扑救的最大尺寸的油盘。结果表明：当油盘面积为0.8 m2 时,泡沫喷射率为2.9 L/min 时的灭火时间比为1.3 L/min 时缩短近60 s;当泡沫喷射率为1.3 L/min 时,最大可控制1.0 m2 航空煤油油池火的90%燃烧,未能将其完全扑灭;当泡沫喷射率为2.9 L/min 时,可完全扑灭2.0 m2 及其以下的航空煤油油池火。     

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。     

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.     

基于正庚烷油池火验证大尺度量热装置

针对大尺度量热计装置,在隧道量热计内开展试验对正庚烷油池火热释放速率、热释放总量进行校正。利用冷流场校正了解排烟管道气体流量的稳定性及均匀性,分别针对不同油盘个数、排列方式条件下进行正庚烷油池火校正试验。结果表明：在冷流场校正试验中,排烟管道内的烟气体积流量维持在27.9 m3/s;通过对实测热值与理论热值的误差比较分析,7组试验中有6组试验的实测热值与理论热值之间的误差低于10%。     

大尺度正庚烷流淌火试验

针对液体燃油储运过程中泄漏引发的火灾爆炸事故,设计并搭建液体燃油流淌火燃烧试验平台,进行了正庚烷流淌火试验。分析了4种不同泄漏速率下正庚烷流淌火的火焰前沿位置、燃烧面积、蔓延速率、燃烧速率等特征参数的变化规律。研究结果表明:正庚烷流淌火的燃烧蔓延阶段性特征明显,其典型参数均随泄漏速率正相关变化。正庚烷流淌火的稳定线燃烧速率为4.56×10~(-5)m·s~(-1);而泄漏速率每增加1 L·min~(-1),相应的初始蔓延速率增加6 mm·s~(-1)。     

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。     

大型量热试验影响因素的研究

依托国内首套基于耗氧原理的10 MW大型量热系统,开展系列正庚烷油盘火量热试验,研究大型量热试验的主要影响因素及其对试验测量的影响形式。开展自由燃烧试验,计算不同规格正庚烷油盘火的热释放速率及总放热量,并确定集热罩罩口高度约为自由燃烧试验油盘火焰高度。研究表明:在已知燃烧模型的前提下,设置合理的罩口高度、管道流量是确保大型量热试验结果准确可靠的关键因素。通过系列试验研究确定了该10MW大型量热系统罩口距离、管道通风量因素耦合作用的规律以及最优应用条件,在该试验条件下测量结果相对误差范围控制在-8.5%～8.5%。     

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。     

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。     

外部热辐射作用下庚烷燃烧特性研究

对不同辐射照度条件下的庚烷燃烧质量损失特性进行小尺度实验。探讨辐射照度对质量损失的阶段特征、表征时间、最大和平均质量损失速率的影响。结果表明:较低辐射照度条件下庚烷质量损失过程包含初始期、增长期、稳定期和衰减期,而较高辐射照度条件下仅包含增长期和衰减期。质量损失的特征时间随辐射照度增大而减小,随着辐射照度的进一步增大,特征时间趋于稳定。最大和平均质量损失速率均随辐射照度增加而增大,其比值相对稳定,维持在1.3~1.5。     

高高原受限空间内小尺度油池火燃烧特性试验研究

为研究我国高高原地区的受限空间内液体燃料小尺度油池火燃烧特性,在高高原康定机场自主搭建受限空间内油池火的试验平台。共选取3类典型液体燃料(航空煤油、航空汽油、正庚烷)进行燃烧试验,测量火焰高度、火焰温度和烟气成分等变化规律,研究了高高原受限空间内小尺度油池火行为。研究发现：在高高原地区,正庚烷稳定燃烧阶段的平均火焰高度可以通过模型L/D=k+0.254Q^2/5/D表示,其中,火焰高度与压力之间的关系式为L/D～p^-2/9。3种燃料的火焰最高温度均超过600℃,而羽流轴线温升与火焰高度呈现-5/3的指数关系。产烟速率则表现出对环境压力的依赖性,其关系可表示为：v～p^-1/3。     

低压细水雾灭火系统在隧道火灾中的灭火性能研究

本文在云南省安楚公路芹菜塘1号隧道内开展了全尺寸现场模拟火灾实验,验证低压细水雾灭火系统在公路隧道火灾中的控火能力。实验证实,针对隧道中1m×2 m油池火、2 m×2 m油池火、4 m×4 m油池火,在隧道的通风良好的情况下,低压细水雾灭火系统开启后可以有效降低隧道内的环境温度以及火源周围CO浓度。