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。     

纵向通风对正方形酒精池火燃烧速率影响的实验研究

在低湍流风洞实验研究了0～3.95m/s的纵向通风对边长为4cm至9cm的正方形酒精池火燃烧速率的影响,并在实验数据的基础上分析了通风影响酒精池火燃烧速率的机理.实验表明,零风速时酒精池火单位面积燃烧速率基本一致;随着风速的增大,各油池燃烧速率呈单调递增趋势.通风使得酒精油池接收到的热反馈增强是燃烧速率加快的主要原因,其影响远大于对流强制蒸发的作用,且通风影响酒精燃烧速率的趋势主要决定于油池接收的总热反馈量.随着风速的增加,相较于油盘下风侧壁面,燃料表面接收到的热反馈对燃烧速率的影响逐渐占主导.     

航空煤油池火焰高度特征研究

在燃烧风洞试验厅开展了无风和有风条件下的航空煤油池火燃烧实验,油池直径分别为0.15,0.20,0.30和0.60 m,风速范围在0～3.5 m/s.结果表明,不同直径油池均存在临界Ri-1值,小于此临界值时,无量纲平均火焰高度随ln Ri-1的增加而线性减小,大于此临界值,无量纲火焰高度基本保持不变;随油池直径增加,临界Ri-1值变大,稳定的无量纲平均火焰高度减少.理论推导了无风条件下火焰高度与油池直径、燃烧速率的函数关系,表明火焰高度Hf/D随Fc数的2/3次方变化,拟合给出了相关参数值,建立了无风条件下火焰高度的预测模型,并拟合建立了有风条件下池火焰高度的预测模型.     

小尺度乳化柴油池火的沸腾燃烧特性实验研究

使用乳化柴油是实现发动机节油减排的重要方式，而含水率是影响乳化柴油燃烧效率的关键因素。为了预防乳化柴油泄漏火灾并减少人员伤亡和财产损失，该文采用直径为150 mm的不锈钢油盘，实验研究了含水率分为0%、 5%、 10%、 15%和20%的油包水(W/O)型乳化柴油池火的燃烧和沸腾特性。根据燃烧速率和火焰高度的变化情况，将乳化柴油燃烧过程划分为初始增长阶段、沸腾燃烧阶段、脉动阶段、稳定燃烧阶段和熄灭阶段，其中前3个阶段的燃烧有水参与，而后2个阶段的燃烧特性与0#柴油池火的稳定燃烧阶段和熄灭阶段基本一致。随着含水率的增加，沸腾燃烧阶段和脉动阶段的时间呈“增加—稳定—增加”的趋势，而稳定燃烧阶段的时间呈“减少—稳定—减少”的趋势。乳化柴油池火燃烧过程出现了沸腾燃烧并导致火焰高度下降现象。该研究有助于乳化柴油泄漏火灾的风险评估。     

油品扬沸火灾特征参量实验研究

大型储油罐区内发生扬沸火灾时危害巨大,其危害程度与扬沸火灾时油品的燃烧特征参量有密切的关系.建立了小型扬沸火灾模拟实验台和数据采集系统,对混合原油和混合油品(煤油与机油)两种油品,在不同直径的小尺度油罐内,扬沸发生前后燃烧速率(线性燃烧速率和质量燃烧速率)、热释放速率、火焰温度、火焰热辐射和高度的变化规律进行了实验研究.发现这些特征参量在扬沸前后都发生了突变,其中扬沸阶段的燃烧速度、热释放速率和火焰辐射为平均值的几倍甚至几十倍.在对这些特征参量的突变进行定性和定量分析的基础上对引起突变的原因进行了分析,可为防控全尺度油罐扬沸火灾的危害提供参考依据.     

基于形状和纹理特征的正庚烷环形油池火特性

该文开展了不同尺寸的环形正庚烷油池火实验。实验中改变了环形油池的内径、外径等参数,通过火焰图像的形状特征和纹理特征分析了环形火焰的结构。结果表明:环形油池火的火焰从油池外部边缘产生,向油池中心扩散。火焰内部出现空心区域,其面积随着内外径比的增大而增大。当环形油池外径不变时,火焰面积、周长、灰度共生矩阵的对比度、熵、相关度都随着内外径比的增大而逐渐减小,而能量值呈现逐渐增加的趋势。主成分分析的结果表明:前两个主成分分量与内外径比具有良好的对应关系,贡献率超过95%,可以用于定量描述环形火焰。     

顶部不同开口尺寸腔室中油池火灾的发展过程

在项部开口腔室内开展庚烷油池火的燃烧实验,研究了开口尺寸对火灾发展过程的影响.实验使用了2种直径的油池和6种大小的水平开口,并测量了燃料质量损失速率、腔室内的气体温度分布以及火源根部附近的气体浓度变化过程.结果表明,根据火焰熄灭的原因,燃烧可分为缺氧熄灭模式和燃料耗尽熄灭模式.在缺氧熄灭模式下,顶部开口尺寸对燃料消耗率、质量损失速率和气体温度分布的影响较小；火灾进入燃料耗尽熄灭模式后,质量损失速率以及气体温度均随开口尺寸增大而增大.同时,随着开口的增大,火焰熄灭时的氧气浓度变大.在项部开口腔室火灾中,燃烧开始后,烟气在腔室内迅速沉降并充满整个腔室,“双区模型”不再适用.     

基于点状火源的秸秆火焰蔓延及燃烧特性

该文开展了圆柱形堆积秸秆的燃烧实验，测量并研究了不同堆积直径和堆积厚度条件下秸秆火焰发展蔓延过程、火焰结构、秸秆质量损失以及火焰温度等，推导并建立了关于质量损失速率■、无量纲火焰温度的定量模型。结果表明：秸秆燃烧过程中随着燃烧区域的扩大，火焰结构会依次出现中空的锥形火焰、分离的环形火焰以及断裂的环形火焰形态；秸秆质量损失速率呈现先增加后减少的趋势，其峰值与秸秆初始质量具有良好的线性关系，表明秸秆的初始质量越大越有助于燃烧过程的热量积累；火焰轴心温度也呈现先增大后减小的趋势，无量纲火焰温度与■具有幂函数关系，随■增加呈现不同斜率的线性下降趋势，其中z-z₀为火焰相对高度。该研究结论有助于加深对秸秆火灾发展蔓延过程的认识。     

多火源气体射流火动力学特性研究

文章采用试验与理论相结合的方法,研究了不同喷嘴直径、多火源喷嘴距离及热释放速率下的火焰高度和温度的演化规律;通过无量纲分析,在单火源火焰高度公式的基础上发展了多火源气体射流火的无量纲火焰高度和无量纲热释放速率之间的关系式;通过分析建立了空气卷吸系数、火焰高度和热释放速率之间的关系模型。研究结果表明:在喷嘴距离较小的情况下,火焰发生耦合,火焰高度明显增大;随着喷嘴距离增大,火焰的耦合行为逐渐减弱直至消失;在火焰底部,火焰温度较低,随着高度上升,火焰温度增大,当达到羽流区时,火焰温度随着高度增加而减小。     

高海拔对火灾燃烧特性影响的试验研究

为研究高海拔对于火灾燃烧特性的影响,采用火灾试验研究的方式分别在高海拔地区和内地进行了火灾的燃烧试验,测得了不同尺寸油盘火源试样的燃烧时间和热释放速率,通过对比试验结果分析得到:高海拔地区火灾燃烧热释放速率相比内地较小,但是燃烧时间远比内地长,燃烧的火焰高度更高。     

船舶机舱油料火灾的发展过程研究

在分析船舶机舱火灾危险性的基础上，研究了船舶机舱油蒸气火、喷射火和油池火在不同场景中可能形成的各种火灾类型．通过给出热释放速率、燃烧持续时间和油池火蔓延速度等关键参数的计算方法，详细描述了其发展过程．实际算例的结果表明这种方法可以较好地描述机舱油料火灾的发展过程．     

受限空间内小尺度油池火行为实验

为分析受限空间内燃油火灾特性,通过设计并搭建受限空间小尺度油池火行为实验平台,选择三种典型液体燃料(正庚烷、环己烷、航空煤油)开展燃烧试验,测量并分析火焰温度、烟气温度及燃料燃烧生成的烟气成分浓度等变化规律.结果 表明:油池火最高温度超过700℃,烟气温度变化曲线满足高斯分布;由温度变化曲线将燃烧分为发展—稳定—熄灭3个阶段,发展期占比均接近9.8％,且温度变化率最高达到22.0℃/s;在253 s左右,三种燃料燃烧过程中O2、CO2与CO浓度变化曲线到达最高点;在熄灭期,三种燃料火焰温度变化曲线满足反比例函数分布.可见,结合火羽流温度以及烟气成分浓度变化可判断火灾处于何种阶段以及燃烧物种类,从而为提高火灾预警准确率提供数据支撑.     

不同风速对聚氨酯保温板材水平顺风火蔓延特性的影响

利用聚氨酯保温板材燃烧实验平台和模拟环境风可调节风速的装置进行实验,研究了在6种不同风速环境影响下,聚氨酯保温板材(PU)水平顺风火蔓延的特性,获得了火焰前锋形态、火蔓延速率、质量损失速率以及燃烧率等重要特征参数。结果表明:随着风速的不断增大,火蔓延速率和质量损失速率也随之增大,而板材的燃烧率却呈现出先增大后减小的变化趋势。     

临近壁面火源条件下聚氨酯硬泡火蔓延特性

搭建了大尺寸实验台,通过改变油盘尺寸(长宽比)和距壁面距离得到临近壁面火焰对壁面的热流分布特征,进而对未阻燃和阻燃聚氨酯硬泡材料的火蔓延特性进行了研究.实验结果表明,未阻燃聚氨酯硬泡表面火蔓延极快并伴随着热释放速率的快速上升,而阻燃聚氨酯硬泡的火蔓延速度与临近火焰高度有关.在临近火焰持续冲击下,部分工况热释放速率呈现出双峰.以二维导热模型为基础,建立了临近壁面火源条件下聚氨酯硬泡竖直火蔓延数值模型,对外加火焰和材料自身燃烧火焰的热反馈和火焰高度等输入参数进行了探讨.模拟结果表明,数值模型能较好地预测聚氨酯硬泡的火蔓延趋势.     

宽度变化对聚苯乙烯保温材料水平火蔓延预热角度的影响

研究聚苯乙烯保温材料水平火蔓延过程中,样品宽度变化对预热角度的影响以及预热角度变化对火蔓延行为及火蔓延速率的影响。研究结果表明:样品刚被点燃时其表面的水平火蔓延速率比样品中部及底部快,当样品燃烧到达稳定阶段时,样品水平火蔓延速率呈现相对均一及稳定的状态,最终形成明显的预热角度,并且预热角度随着样品宽度的增大先增大后减小,而水平火蔓延速率则先减小后增加。此外,根据能量守恒原理,预热角度减小将增强样品的热传递效应,使样品得到更多热量进而导致火蔓延速率增大,因此,预热角度与火蔓延速率呈负相关关系。     

低气压环境对固体燃烧特性影响的实验研究

飞机货舱火灾已成为巡航飞机的主要安全威胁之一,它的发生会造成巨大的财产和人员伤亡。该文以航空货运中常见的瓦楞纸箱为对象,在低压舱中开展了不同数量纸箱火(纸箱火可代表A类固体火)实验,测量了燃烧过程中的质量燃烧速率、火焰轴向辐射热通量和火焰温度等特征参量。首先,采用修正的B-number理论,从传热传质角度推导低气压对固体燃烧速率行为的影响规律;其次,分析了不同纸箱放置情况下,火焰辐射热通量和中心线温度分布的变化规律。结果表明:湍流固体火灾燃烧速率的压力表达式为m″∝C_hP~(2/3)+C_rP~(3/2),进而通过实验验证了该表达式,同时给出经验关系式m∝P~(1.3);发现辐射热通量整体上呈先升高后下降趋势,R2的辐射热通量相比其他位置更大;火焰温度最大值为800℃,位于火焰的连续区。该文从理论和实验两方面揭示了不同低压环境下固体燃料的火灾行为特征,为航空火险救援提供依据。     

油池火中细水雾强化火焰现象的研究

细水雾与油池火相互作用之初往往会使燃烧剧烈，强化火焰。实验研究与理论分析表明，雾滴在可燃物表面蒸发是造成这种现象的主要原因。通过改变燃料种类、喷头雾特性参数等实验工况发现火焰强化程度主要决定于燃料的挥发性以及雾滴的直径、速度等参数。而在油盆中加水后燃料表面温度降低、火焰功率下降，火焰强化现象随着加水量的增加而逐渐弱化乃至消失，细水雾系统的灭火时间也明显缩短。     

正丁醇/正庚烷预混层流燃烧特性的试验研究

利用向外传播的球形火焰,试验研究了初始温度为393 K和初始压力为0.1 MPa时,当量比和正丁醇的掺混量对正丁醇/正庚烷掺混燃料的层流燃烧速度和火焰不稳定性的影响.试验结果表明:混合物的层流燃烧速度随当量比的增大先增大后减小,随正丁醇掺混量的增加逐渐增大;火焰不稳定性随当量比的增大而增加,低当量比时随正丁醇掺混量的增加逐渐增加,高当量比时随掺混量的增加逐渐减小,当量比1.1时火焰不稳定性受掺混量的影响不大.     

基于FDS模拟的超大丙烷储罐罐内池火火灾事故后果研究

以天津某化工厂丙烷储罐为例,设定了丙烷储罐罐内池火灾的火灾场景,建立丙烷储罐泄漏模型.得出了的丙烷储罐池火灾的烟气和热辐射变化规律,火灾初期热辐射能量骤然增加,在约30 s内最大热辐射强度约为972 k W/m2,在达到最强辐射热后迅速降低,约在40 s时,辐射热量区域稳定,并在至600 s时,辐射热的大小将接近277 k W/m2.火灾烟气初期较小,呈圆饼状,随着火势的增大,火焰也明显增大,随之燃烧进入稳定阶段,其形状和大小呈稳定状态.     

偏二甲肼池火灾热动力学特性数值模拟

为探究偏二甲肼池火灾热动力学特性,对无风和有风环境下的偏二甲肼池火开展了系列数值模拟。讨论了无风时油池尺寸(1m~9m)对火焰结构、轴向及横向温度分布和辐射热流密度等热动力学特性的影响,有风时偏二甲肼池火热动力学特性随环境风速(1m/s~4m/s)变化的规律。结果表明：无风环境下,随油池边长增大,偏二甲肼池火火焰高度由2.67m增大至13.22m,火焰最高温度从1006.23℃逐渐增大到1160.92℃,横向辐射热流密度随距离增大而减小;有风环境下,风速从0 m/s增大至4 m/s的过程中,池火火焰高度减小,火焰倾角从0°逐渐增大到82.3°,轴向温度分布规律在风速达到1.5 m/s后变为单调下降,下风侧温度及辐射热流密度由于火焰倾斜显著增加;拟合得到可准确预测无/有风环境下火焰高度、火焰倾角及横向辐射热流密度的工程关联式,偏差均在15% 以内。