受限空间油池火燃烧特性的实验研究

通过理论分析和实验研究的方法来研究油池火在受限空间的燃烧特性。初步总结了受限空间油池火燃烧的特性及其规律，给出了在实验条件下油池火在受限空间和开放空间燃烧速率以及燃料吸收热量的差异。讨论了通风条件和油池燃烧面积以及通风口高度对于燃料的燃烧速率的影响，初步确定了受限空间中油池火燃烧速率与油池面积、通风因子的关系。     

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。     

环形油池火燃烧火羽流火焰温度及高度模拟研究

采用FDS数值模拟方法,对火焰融合和火焰未融合两种状态下的环形油池火燃烧火羽流温度及火焰高度进行研究。结果表明：火羽流中心线最高温升的变化趋势与火焰状态密切相关。引入环径比δ,定义了新的无量纲火焰高度H*。δ相同时,H*随火源热释放速率的增大而增大;火源热释放速率相同且火焰发生融合时,H*随δ的增大呈现上升趋势;火源热释放速率相同且火焰未融合时,H*随δ的增大呈现下降趋势。并在火焰融合和未融合两种状态下提出了火焰高度表征模型。     

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。     

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.     

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。     

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.     

变压器油池火非稳态燃烧特性实验研究

为研究变压器油的非稳态燃烧特性,搭建变压器油燃烧实验平台,开展不同油池直径的池火实验,系统分析油池直径对变压器油非稳态燃烧的影响,定性、定量研究不同油池直径对燃烧速率、火焰脉动频率等的影响。结果表明：变压器油池火燃烧过程可以划分为：初期增长阶段、充分发展阶段和衰减阶段。其中充分发展阶段又可以根据燃烧速率的变化特征分为准稳态燃烧阶段和沸腾燃烧阶段。燃烧速率随油池直径的增大而增大。准稳态燃烧阶段中,火焰脉动频率与油池直径呈负相关,油池直径越大,火焰脉动频率越小。     

环境风诱发中尺度方形油池火旋风试验研究

为了获取火旋风形成的动态过程和特性参数规律,对比分析与普通火灾的危险性,以风洞模拟环境主风场为诱发条件,设计长6 m、宽6 m 的中尺度柴油火旋风试验平台,采用热线风速仪、辐射热流计、DV 摄像仪和自制热释放速率测量装置采集试验数据。结果表明：火旋风形成过程分为普通油池火、间歇性火旋风、局部火旋风和扬沸4 个阶段;火旋风形成后,稳定火旋风阶段油池的最大质量损失速率是同尺度普通柴油池火的2.44 倍,平均火焰高度是相应普通油池火的1.49 倍;火旋风羽流温度随着火旋风占空比的提升持续增大,竖直方向平均辐射热通量是相应普通柴油池火的1.89 倍。     

油池火下横隔梁对多肋钢筋混凝土T梁桥温度场的影响

基于油池火焰蔓延特性,探究了火灾下横隔梁对多肋钢筋混凝土T梁桥温度场的影响。理论分析了T梁底火焰蔓延总长度与热释放速率间的无量纲关系,用FDS建立4种火灾场景的流体计算模型,分析T梁边界温度时空分布规律,将FDS计算结果加载到T梁桥有限元模型上,计算截面内部温度场。结果表明:在开放空间,T梁底火蔓延与无量纲热功率之间的线性比值大于封闭空间的2.58;横隔梁有效降低了火焰邻近区域的温度,在顺桥向将T梁边界温度场分成4个区域,各分区间温度比无横隔梁时分别降低9.7%、41%、56.8%。说明横隔梁限制了热传递,使火源直接作用的梁构件温度梯度梁肋中部提高33%,梁底提高13.3%,翼板底提高5%。     

燃料控制燃烧下受限空间内部温度分布特性研究

本文通过数值模拟的方式对燃料控制燃烧下受限空间内部的温度分布特性进行研究,探讨了受限空间的间距对窗羽流温度分布特性的影响。通过研究发现：存在一个临界间距L₃,当受限空间间距D>L₃时,受限空间内部各点的温度变化趋势随着D的减小基本不变,在所研究的火源功率范围内,受限空间内羽流温度高温区紧贴建筑外立面;当D≤L₃时,受限空间内各点的温度随着D的减小急剧升高,高温区域向外挡墙方向移动,对外挡墙的危险性加大,并且通过推导,给出了竖向羽流温升和无量纲火源功率的关系。     

喷射速率及障碍物对多侧受限火焰特征影响试验研究

为研究多侧边界限制下的水平喷射火焰形态,通过燃气喷射燃烧试验,设定喷射速率为1.04～6.25 m/s,喷射孔与障碍物的间距为0.05、0.10、 0.15、0.20 m,研究不同工况下的火焰扩散行为,并基于图像处理技术得到火焰高度,分析喷射速率和孔-板间距对受限水平喷射火特征的影响。结果表明：随喷射速率增加、孔-板间距增加,火焰高度减小;喷射速率较小且孔-板间距较大时,火焰扩散主要受浮力控制,火焰未填充整个受限空间横向区域。喷射速率较大且孔-板间距较小时,火焰撞击壁面沿撞击点上下扩散,火焰延伸高度较大。采用耦合喷射速率、孔-板间距与火源功率的无量纲参数建立无量纲火焰高度预测表达式,使其适用于三侧受限水平喷射火高度计算。     

受限空间木垛火的热释放速率分析与研究

通过理论分析、试验研究以及拟合分析相结合的手段研究了木垛火在受限空间内的燃烧特性,着重总结了受限空间木垛火在不同阶段的燃烧特性及热释放速率的增长规律,并且讨论了热释放速率曲线的叠加问题,给出了热释放速率以一阶指数增长的数学关系,以及t2增长的火灾增长系数.     

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。     

氮气灭火系统对受限空间木垛火的窒息特性研究

氮气灭火系统因其环保节能、稳定性高等特点,在建筑消防领域展现出巨大的发展空间。为进一步拓宽氮气灭火系统的应用领域,通过缩尺寸模型实验分析了氮气灭火系统对受限空间木垛火的灭火时间、氧气浓度、火焰温度等窒息特性参数的影响。结果表明,氮气灭火系统对受限空间中木垛火展现了良好的窒息灭火效果,其中不同火源功率的木垛火在受限空间中的灭火时间接近。     

自由燃烧下油池火灾的燃烧特性研究

通过对93#汽油、0#柴油和95％的乙醇的自由燃烧试验,得出了3种燃料的燃烧特性,包括液层温度、质量损失速率、燃烧速度、密度、热释放速率、火焰温度等,并结合理论公式拟合热释放速率随油盘直径变化的曲线.质量损失速率与火焰高度汽油＞柴油＞乙醇;汽油、柴油、乙醇燃烧时的液面温度分别为125、310、80℃;3种燃料都在2 min以后达到稳定燃烧状态.     

小尺度固体材料表面火蔓延实验研究

固体表面火蔓延广泛存在于建筑火灾中,其蔓延特性对于火灾的发展具有重要的影响。本文利用小尺度表面火蔓延实验,对常见固体材料水平表面火进行了蔓延特性分析,详细分析了预热阶段、热解阶段、燃烧阶段的相关特性,并对固体材料不同角度下表面火蔓延时的内部温度,表面火蔓延速度以及不同角度下的火焰形态进行了实验研究。     

水喷雾与泡沫喷雾灭油池火实验特性对比研究

通过自主搭建实验平台开展灭换流变压器油池火实验,对采集到的雾流密度、温度、热流、热成像等数据进行分析,得到水喷雾和泡沫喷雾系统的灭火特性,对比得出两灭火系统的灭火效率差异.结果表明:水喷雾与泡沫喷雾灭火所用时间为190、100 s;水喷雾灭火系统与泡沫喷雾灭火系统最终热流值分别降低至0.0059、0.0047 W/m2...     

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。