木材热解与着火特性试验研究

在自行研制的火灾固体可燃物热解与着火早期特性试验台上,对建筑装潢常用的几种木材以及森林常见的木材进行了热解和着火特性试验研究.试验木材尺寸为100 mm×100 mm×15 mm,试验选择辐射热流强度范围为20～60 kW/m2.分别就不同含水率、不同氧气体积分数、木材的纹理方向、不同的材料、不同厚度以及外加辐射热流强度等6个方面,对木材热解和着火特性的影响进行了研究.结果表明,随着辐射热流的增加,着火时间缩短、着火温度下降;随着木材含水率的增加,着火时间延长;不同环境氧气体积分数对木材热解和着火特性影响很大.预测了木材着火时间,通过试验值和理论计算值比较,两者吻合较好.     

典型建筑木材的燃烧特性分析

基于典型建筑木材的元素分析、工业分析和组分分析,利用锥形热量仪开展了燃烧特性试验,分析了四种木材的燃烧特性。在较低辐射温度下(564°C),水曲柳因较高的水分含量和较低的木质素含量使原料表面的实际温度低于辐射温度,促进了焦炭的形成,使着火时间延迟为770s;随着辐射温度增加至782°C,原料表面温度达到了纤维素的热裂解温度,水曲柳在260s后开始热解形成大量挥发分,并迅速燃烧释放热量,获得了最大的热释放速率(442.5k W/m~2)。松木、樟木和杉木的着火时间和热释放速率相近,但都明显小于水曲柳,小分子气体CO和CO_2的析出也比较平缓;随着辐射温度的增加着火时间缩短,热释放速率增加,燃烧进行得更充分,但燃烧强度仍弱于水曲柳。     

不同含水率高固水充填材料压缩变形特性研究

为揭示高固水充填材料压缩变形特性,制备61%、65%、69%3种含水率的充填材料,通过室内试验分析其基本性能,并利用单轴承载试验研究材料抗压稳定性及变形特性.结果表明:高固水充填材料早期强度较高,混合材料凝结时间在30 min左右满足充填要求,材料流动度较好满足运输要求;单轴压缩条件下材料应力应变曲线宏观上有4个阶段:压密阶段、线弹性阶段、屈服阶段、峰后残余变形阶段;材料的弹性模量和割线模量随材料含水率的增加而明显减小,割线模量线性下降趋势比弹性模量变化特征较缓;随着高固水充填材料含水率增高其黏聚力损失较小,材料整体性越好,延性变形特征明显.     

O2/CO2气氛下污泥与烟煤混合燃烧特性

在热重分析仪上开展不同参数条件下污泥和烟煤混合燃烧实验,分析污泥掺混比、升温速率和O2/CO2体积比对燃烧特性的影响,进行燃烧动力学分析.结果表明:O2/CO2气氛下,烟煤掺烧污泥的混合燃烧特性表现为污泥与烟煤燃烧叠加的结果;随着升温速率由10℃/min增加至25℃/min,着火和燃尽温度均升高,着火时间延迟和燃尽时间延长,表观活化能升高;随着O2/CO2体积比的增大,着火温度和燃尽温度均降低,着火时间提前且燃尽时间缩短,表观活化能降低,当O2体积分数超过30%时,燃烧性能改善的幅度越来越小.     

煤粉群非稳态统一着火模型

现有的煤的着火模型都存在通用性差的缺点，不能同时简单明了地分析着火机理和确定着火温度．本文提出了能联系单颗粒着火与群体着火的非稳态模型，以分析不同着火条件下煤的着火机理和着火温度．本模型的基本特点是，引人有限气体空间的假定，考察有限空间内的升温，确定着火条件和参数，井以此反映不同浓度的颗粒群的着火．通过对辐射换热的条件下的煤粉着火的计算，显示了本模型的优越性．它预测了不同条件下的着火机理、着火温度和着火时间，为工程设计提供了较为准确的着火温度数据，而这些结果正是现有着火模型所无法同时、准确获得的．     

普通可燃性装饰材料燃烧特性的实验研究

对实际火灾过程中可燃性装饰材料(窗帘布、三合板、五合板和木板块)燃烧时的热释放速率、质量损失速率和着火时间与材料的几何尺度、外界加热辐射热流强度之间的关系进行了研究。结果表明,着火时间随加热强度增加而减少,且在低加热强度下的递减速度较快,在较高加热强度下变化不大;薄体材料(窗帘布)的热释放速率呈单峰状,且随着辐射热流强度增加,热释放速率峰值先增加后减小,质量损失速率逐渐减小;厚体材料(三合板、五合板和木板块)的热释放速率和质量损失速率呈双峰状,低加热强度下第1个峰值比第2个峰值大,高加热强度下第2个峰值比第1个峰值大,2个峰值差值也增大;较高辐射热流强度下出现可燃物表面碳化,可导致热释放速率和质量损失速率降低。     

无风条件下大型油罐密封圈火灾的安全评估

针对油罐密封圈火灾的安全问题, 以1 0×1 0 4 m3浮顶原油储罐为研究对象, 采用 V i s u a lC++6. 0编 程软件计算了密封圈火灾的模拟区域, 应用F LUENT流体模拟软件对着火油罐辐射的热量分布进行了模拟, 进而 确定了距着火油罐距离不同时的辐射热量及其对人及设备的伤害程度。研究结果表明, 在无风的稳态池火灾条件 下, 着火油罐向周围均匀地辐射热量, 随着距着火油罐距离的增加, 接收点接收到的辐射热迅速减小; 当辐射热量由 3 7. 5kW/m2降至1 2. 5kW/m2时, 对人及设备的伤害程度大大降低; 如果不考虑风速及临近油罐的喷淋带来的影响, 临近油罐的安全距离应为3 5. 5m。     

线性热流下可燃物着火时间的积分法预测

为了准确快速地预测可燃物的着火时间,根据积分方法的思想,推导了预测固体可燃物受线性变化热流作用的着火时间公式.采用PDE数值方法修正了该着火时间公式,并引入着火的表面温度判据,预测了泡桐,椿木,榆木和刺槐等4种木材在不同线性增长热流条件下的着火时间.这些着火时间和其他文献提供的实验数据进行了比较.结果表明:采用PDE修正后的积分模型在计算线性变化热流条件下,固体材料表面的温度变化,具有较高的精度.当热流增长率小于0.567 9 kW/(m~2·s)时,公式和实验得出的木材着火时间之间的误差一般在5%左右.     

甲烷-正庚烷双燃料二阶段着火的动力学特性

基于CHEMKIN PRO软件,选取NUI 2016机理对甲烷-正庚烷双燃料进行研究. 探究了甲烷-正庚烷双燃料在中低温条件下的二阶段着火特性,开展了相应的化学动力学分析. 结果表明:二阶段着火现象在初始温度低于750 K时出现,二阶段着火过程均表现出一定的NTC（负温度系数）现象;随着正庚烷掺混比例的增加,双燃料的二阶段着火延迟时间均减小,在正庚烷掺混比例小于75%时影响最为显著;通过相关化学动力学分析发现,甲烷主要在第二阶段被消耗,正庚烷在第一阶段进行氧化分解,在第二阶段着火过程中被完全氧化;通过反应路径分析发现,第一阶段反应产生的自由基和中间产物提高了系统活性,促进了双燃料的着火过程.     

强风化千枚岩填料的蠕变特性研究

为了研究千枚岩填筑路基在长期应力作用下产生的蠕变变形特性,使用杠杆仪进行千枚岩试件的室内单轴压缩试验,得到不同含水率、不同应力条件下应变随时间的变化曲线。对不同含水率下的应变曲线进行分析,可知轴向应变随试件含水率增加而增加,当含水率超过最佳含水率时,应变增加幅度变大;对不同应力条件下的应变曲线分析,随着应力增加,试件蠕变量和蠕变速率显著增大。结果表明:千枚岩填料的蠕变变形是水力耦合作用的结果,在高应力水平和高含水率条件下,千枚岩填料会产生较大的蠕变变形。根据变形曲线建立蠕变的指数衰减模型,发现该模型能较好预测千枚岩填料的蠕变变形。     

巨尾桉与青杨热学参数影响因素的实验研究

木材热学参数在木材干燥的理论研究中十分重要。由于种种原因,绝大多数木材热学参数都是一片空白。利用准稳态法测量了不同含水率下巨尾桉和青杨径向和弦向的导热系数和比热。试验结果表明含水率在巨尾桉和青杨的热学性质的影响因素中起主要作用。其热学参数与含水率成曲线关系,且随含水率增加导热系数、比热增大,导温系数减小。通过回归分析得到了相关度0.98以上导热系数、比热的经验公式,并与现有文献中的公式进行了比较。     

常见可燃物燃烧特性实验与数值模拟研究

基于室内常见可燃物的实际火灾危险性研究的重要性，利用锥形量热计对室内常见木材、聚氯乙烯（PVC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料在50kW／m^2辐射能量条件下的点燃性能、热释放性能、烟气毒性及烟气的减光性进行了实验研究．使用火灾区域模拟软件CFAST对单个房间内这几种可燃物的实际火灾危险性进行了对比分析，结果表明：PVC和PMMA的点燃时间低于木材，而其平均热释放速率、最大热释放速率、总释放热量、平均有效燃烧热、平均质量损失速率、平均比消光面积等指标均高于木材；PVC具有较高的减光性和CO生成率．PVC和PMMA的综合火灾危险性高于木材，而PMMA的综合危险性远高于其他几种可燃物。     

聚甲基丙烯酸甲酯强制点燃过程的实验与模拟

采用锥形量热仪对典型热塑性高分子材料聚甲基丙烯酸甲酯在不同外部入射热通量下进行了强制点燃的实验研究。建立了PMMA强制点燃过程的数学模型，通过数值分析的方法将点燃数据相关联，得到了PMMA强制点燃的点燃时间与临界表面温度的表达式。并计算了PMMA不同外部入射热通量下强制点燃的点燃时间及点燃的临界表面温度。模拟计算结果与实验结果比较表明，在高入射热通量下二者基本吻合。     

墙体内热湿耦合过程的时域递归展开算法

利用时域递归展开算法对墙体内热湿耦合传递方程进行求解。以木板为例,应用该算法进行了热湿耦合传递的分析计算,在时间域和空间域上分别运用递归展开法和控制容积法进行离散,从而得到递归形式的线性方程组,运用MATLAB软件对这一过程进行求解。计算结果与有限差分算法、解析解计算结果以及实验数据吻合良好,表明该算法能够用于求解多孔介质热湿耦合传递模型。时间步长的改变对计算结果影响较小,可通过增加时间步长方法来减少工作量。     

瞬态法测量木材热物性的理论与实验研究

为了有效测量不同含水率木材的热物性，提出了一种新的瞬态平面热源测量法。在一定的简化条件下求解一维有限厚度平板的非稳态导热微分方程，得到了平板木材试样的温度随时间和平板厚度变化的短时间公式，并由此建立了在恒定热流加热条件下木材热物性的瞬态测量实验台。利用此实验台测量了不同含水率的落叶松和红松试样的径向导热系数、热扩散系数和比定压热容等热物性参数并与文献数据进行了比较。结果表明，该瞬态测量方法具有较高的精度，比准稳态法更好地满足了一维导热条件，利用此方法能够有效而快速地对不同含水率的木材进行热物性测量。     

Experimental investigation of bioheat transfer characteristics induced by pulsed-laser irradiation

An experimental study of bioheat transfer characteristics induced by pulsed-laser irradiation was presented. The heat transfer characteristics of bio-materials, and the influences of pulse duration, power density, species of bio-materials, thickness and initial moisture content of bio-materials on heat transfer were studied in details. The experimental results indicate that the penetration and absorption of laser in bio-materials are considerable, the heat transfer inside the bio-materials should include the effects of volumetric absorption, pulse duration, power density, bio-materials thickness, and material species have a significant influence on the temperature variation.     

粗糙度与激光强度分布对光船聚焦性能的影响

激光束聚焦性能研究是激光推进技术研究中的一个重要内容。根据实验装置的形状和激光强度分布,建立了计算模型,编写了计算程序。用该程序可通过计算空间某点的激光能流密度和某个区域的能流密度分布来确定点火线的形状和点火区域的大小;研究喷管内壁的表面粗糙度和入射激光束的强度分布对聚焦性能的影响。为进一步研究激光支持等离子体流场特性和脉冲激光推进性能等提供重要的理论依据。     

煤水分含量对煤吸氧量与放热量影响的测定

应用TA2000／MDSC2901型差示扫描量仪进行了煤的含水量对吸氧量与放热量影响的研究．研究表明，煤中的含水量与煤的总吸氧量、放热量之间关系较复杂；在煤的低含水量段与含水量较高段各有一个总吸氧量与放热量较大的峰值点，且两峰值所对应的含水量基本一致．这说明干煤与较湿煤都易自燃，因此，用水防治煤炭自燃时，应保持煤有很高的湿度，否则有可能加速煤的自燃．     

Non-classical diffusion model for heat and mass transfer in laser drying

A numerical analysis of the laser drying process by employing a generalized, Maxwell-Cattaneo equation to treat both heat and mass transfer was presented. Calculations were performed to illustrate the non-classical transport of heat and moisture. The effect of the heat flux density and the initial moisture content on water removal was also investigated. The results indicate that the nonequilibrium mass diffusion plays an important role during the very early stages of moisture removal, especially at the surface of the medium. Away from the surface, the non-Fickian model shows a delay in the reduction of the moisture content. The calculation resuits also show that the initial moisture content of the medium has a considerable effect on water removal.