受限空间内细水雾抑制熄灭火焰过程中一氧化碳的生成率

细水雾抑制熄灭火焰过程中一氧化碳的浓度是评价细水雾灭火系统安全可靠性的一个重要参数.本文通过受限空间内细水雾抑制熄灭障碍火的模拟实验研究,发现细水雾抑制熄灭火焰过程中一氧化碳生成率存在两种控制模式,即燃料控制模式和细水雾流量控制模式.实验结果表明,在燃料控制模式下,一氧化碳生成率随着燃料流量的增大而增大;在细水雾控制模式下,一氧化碳生成率随着细水雾流量的增大而增大.为了获得两种控制模式的临界转变条件,对燃料控制模式和细水雾控制模式的临界工况进行水蒸气含量分析.通过理论分析,得到一氧化碳生成率控制模式转变的水蒸气含量临界范围与 Suh and Atryeya 理论基本一致,即空气中水蒸气质量分数达到25%~65.5%时,水蒸气对火焰的作用从化学作用转为物理作用,一氧化碳生成率控制模式开始转变     

低重力下典型固体燃料的火焰特征及燃烧速率

利用实验时间为2.2,s,低重力水平为10-2,g0简易实验系统,对易升华典型固体燃料试样从常重力到低重力环境过渡的瞬态燃烧过程进行了实验研究,考察了火焰形态、火焰亮度和温度以及燃料试样燃烧速率受重力水平影响的变化趋势.结果表明,随着重力水平的变化,火焰从常重力环境中的湍流扩散火焰,过渡为低重力环境中的层流火焰,火焰高度、亮度和温度以及燃烧速率都随重力水平的下降而降低.由于进入低重力状态后,常重力燃烧诱导的空气流动并没有完全消失,观察到了逆风侧火焰温度、火焰平均亮度,以及燃烧速率因气流作用而回升的现象,这种现象会使低重力环境中的火灾复杂性和危害性增强.     

超细水雾熄灭甲烷火焰的临界灭火质量浓度

利用发展的临界灭火质量浓度预测模型,分别在1600K和1700K两种燃烧极限温度下对超细水雾和水蒸气的临界灭火质量浓度进行计算,并采用FLUENT软件开展具有详细化学反应的数值模拟.模型采用1600K得出的理论结果与模拟结果、前人实验结果均较为接近;通过对比理论结果与模拟结果,发现超细水雾冷却在灭火作用中的效果稍高于水蒸气,但却远低于水;模拟发现在火焰温度降低到1600K以下时,才可实现稳定灭火,这对于消防工程中火焰熄灭温度的选取具有一定理论指导作用.     

不同重力下薄燃料表面火焰传播的相似性

利用数值模拟方法,研究了不同重力下有限空间内薄燃料表面逆风传播火焰的相似性.结果表明,通道高度的变化,通过影响通道间的流场和壁面的热损失,来影响通道内燃料表面的火焰传播,因此用水平窄通道模拟微重力下大空间内的火焰传播,只能得到定性相似但定量差别较大的结果,这与他人的实验结果一致.在微重力和常重力下的窄通道中,当Grashof准数足够小时(200可以作为一个定性参考值),其中的自然对流基本可以忽略,不同重力下窄通道中的火焰传播过程基本相似.     

微重力蜡烛火焰特征数值模拟

建立了微重力蜡烛火焰的数学模型。计算与分析表明，火焰的形状由空气动力学特征决定，火焰的温度取决于化学反应动力学特征和火焰的热损失。在静止微重力环境中，自然对流的消失使火焰为半球形。辐射热损失对蜡烛火焰温度（颜色）特征的形成有重要贡献，在静止微重力环境下，化学反应放热速率受氧气扩散速率控制，辐射热损失的冷却使火焰温度低于正常重力温度值。但当环境气体的流动速度加大时，辐射热损失的影响逐渐减小，蜡烛火焰的温度逐渐接近正常重力蜡烛火焰的温度。当氧浓度较小时，火焰峰值温度小于烟黑形成的阈值温度（1300k）；当氧浓度较大时，火焰温度大于黑烟形成的阈值温度。     

灭火添加剂对细水雾性质与灭火效能的影响

为了提高细水雾的灭火效能,研究了两种复合细水雾灭火添加剂G1和G2对水的物理化学性质的影响.通过试验研究了G1和G2对水溶液密度、黏度、表面张力、细水雾粒径分布以及灭火效能的影响.结果表明,G1和G2对水溶液的密度和黏度影响不大,G1使水溶液的表面张力和细水雾的雾滴粒径减小,G2使水溶液的表面张力和细水雾的雾滴粒径增大.通过清水细水雾和含G1和G2的细水雾熄灭煤油池火的试验,得到灭火效能的顺序:含G1细水雾＞含G2细水雾＞清水细水雾.分析了含G1和G2的细水雾对煤油池火的抑制熄灭机制,G1和G2中各成分之间的偶合效应提高了细水雾的综合灭火效能,含有G1的细水雾主要是通过提高细水雾蒸发吸热降温效果及气相俘获自由基的作用来提高灭火效能,而含有G2的细水雾主要通过提高大粒径雾滴穿透火羽流,冷却燃烧物表面及气相俘获自由基的作用提高灭火效能.     

细水雾抑制淬火油池火的小尺度实验

通过小尺度模拟实验对两种不同喷头所产生的细水雾抑制熄灭淬火油池火的研究发现,细水雾施加之初对淬火油池火有明显的强化作用,粒径和速度较大的细水雾强化燃烧的程度较大但持续的时间较短,且粒径和速度较大的细水雾抑制熄灭淬火油池火的效率较高.实验观测和分析表明,粒径和速度较小的细水雾主要通过卷吸空气强化燃烧,其灭火机理主要是火焰冷却和燃料表面冷却,粒径和速度较大的细水雾则主要通过共沸强化燃烧,其灭火机理主要是燃料表面冷却.     

差分干涉法测量微重力环境蜡烛火焰的温度

从原理上介绍了用于测定微重力环境中蜡烛火焰温度分布的Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜差分干涉仪,并给出了从差分干涉图计算轴对称蜡烛火焰温度分布的数学过程。测量与计算结果表明,微重力环境下的蜡烛火焰温度低于烟粒子的最小生成温度。由于自然对流消失,化学反应放热效率受到组分扩散速率的控制,辐射热损失的冷却作用相对增强,这是引起微重力环境中蜡烛火焰温度降低的主要原因。结论部分地证实微重力环境中蜡烛火焰出现暗蓝色无烟现象是由于火焰温度较低的推论。     

低温环境中水工沥青混凝土动态抗压性能研究

为研究低温环境中水工沥青混凝土在地震作用下的动力特性及破坏模式,在不同温度和应变率下对水工沥青混凝土现场芯样进行了动态抗压试验,深入分析了温度和应变率对水工沥青混凝土的破坏形式、应力应变特性、峰值应力及弹性模量等力学性能的影响。结果表明,随着应变率的增加,水工沥青混凝土的破坏模式由微裂纹破坏、拉剪破坏过渡至劈裂破坏,应力应变曲线由应变硬化型向应变软化型转变,抗压强度和弹性模量也随之增大;随着温度的降低,水工沥青混凝土强度和刚度明显增大,具有明显的低温硬化效应。此外,基于试验结果建立了沥青混凝土的动态本构模型,该模型参数较少且与试验结果吻合度较高,具有一定的实用性。     

细水雾作用下火灾烟气典型特性参数的变化规律

利用ISO 9705全尺寸多功能热释放速率测试仪研究细水雾作用下火灾烟气的消光系数、质量密度及辐射热通量等特性参数的变化规律,通过改变细水雾工作压力、喷头种类和喷头数量等参数研究雾滴粒径、喷雾强度等对烟气特性参数的影响规律.确定了受限空间通风助燃和熄灭火焰的临界速率.实验发现,火源热释放速率是影响烟气特性参数变化规律的主要内在因素.研究结果为细水雾技术用于火灾烟气抑制提供了科学的参考依据.     

浮力对皱折锋面预混V形火焰的影响

利用落塔微策略实验装置和OH平面激光诱导荧光（OH-PLIF）方法，在正常重力和微重力环境下观测了一系列具有皱折锋面的甲烷-空气预混V形火焰，以研究浮力对火焰的影响。借助于高速CCD摄像装置，在实验中记录了每一个火焰在正常重力和微重力下的大量火焰锋面瞬态图像。根据皱折锋面预混火焰的特点和现有的理论，作者开发了图像处理方法用于处理实验结果，利用统计计算得出火焰结构，从而评价浮力的影响。研究表明，浮力一方面影响火焰所在流场的平均流动，另一方面也影响湍流火焰的传播，浮力对火焰的影响在一定程度上呈现出与来流湍流度和层流火焰传播速度的相关性。     

细水雾抑制气体扩散火焰的机理研究

应用三维LDV／APV系统和热成像方法，测量了细水雾和气体扩散火焰作用过程中的细水雾雾场、火焰温度场并研究了细水雾和气体扩散火焰的作用过程．探索了细水雾抑制火焰的机理和规律，比较了细水雾抑制气体扩散火焰时3种主要灭火机理，用数据定量表征了细水雾灭火时，水雾的蒸发潜热吸热作用、热容吸热作用以及稀释氧气作用对抑制气体扩散火焰所做的贡献，细水雾直接喷射或被卷吸进入火焰内部时，由于表面积大，吸收热量快，迅速汽化，体积扩大。大量的汽化潜热会降低火焰区及气相燃料的温度，细水雾及其蒸汽吸收部分热辐射，降低对燃料的热回馈，减少其汽化蒸发，从而降低反应区的可燃气体积分量。这些因素都会大大降低化学反应速度，抑制火灾的发展，直至扑灭火灾。     

细水雾灭油池火过程中火焰强化现象的实验研究

细水雾灭火初期,在短时间内会观察到剧烈燃烧的火焰强化现象。设计了多组实验对比不同燃料在不同工况下的火焰强化现象,发现液滴通过撞击油盘燃料引起的液滴飞溅可以增大燃料与空气的接触面积,强化火焰燃烧。细水雾在燃料内发生扬沸也可能强化火焰,但增益效果不明显,同时燃料气化率对于火焰强化程度有很大关系。     

自然通风房间内油池面积变化对细水雾灭火效果影响的数值模拟

采用大涡模拟、混合物分数模拟和欧拉一拉格朗日粒子运动描述法研究了不同油池面积条件下自然通风房间内细水雾与油池火焰作用过程，分析了加入水雾对着火房间速度场和温度场的影响，推导出油池火焰根部空气卷吸速率与油池尺寸的关系，探讨了细水雾在火羽流的不同区域内的灭火机理。模拟结果表明：加入水雾不仅降低了着火房间热烟气层温度，而且显著影响了房间内速度场，在间歇火焰区和浮力羽流区以及热烟气层主要发挥细水雾的蒸发冷却作用，在恒定火焰区则是蒸发冷却和隔氧窒息共同作用，油池火根部的空气卷吸速率与油池边长的四次方成正比。     

细水雾熄灭K类火灾的全尺寸模拟实验

利用ISO 9705全尺寸多功能热释放速率测试仪在开放空间研究了细水雾作用下K类火灾的发展过程,实验中对细水雾作用下食用油火的温度、热释放速率及烟气的主要特性参数变化规律进行了测量与研究,分析了预燃时间对灭火有效性的影响,系统地阐述了细水雾作用下K类火灾关键特性参数的变化规律．实验发现,细水雾可以有效地抑制K类火灾的发展,在其作用下火焰温度及热释放速率快速降低,并可以有效地冲刷烟气,降低一氧化碳及二氧化碳的浓度,提高氧气的浓度及火场能见度．同时利用稳定火源热释放速率模型计算了K类火灾发展阶段的热释放速率,与实验测量结果比较发现,模型可准确地预测K类火灾发展阶段的热释放速率的变化规律．     

掺混甲烷对预混合丙烯火焰碳烟生成的影响

基于当量比为1.79且最高火焰温度为1829 K的预混合丙烯火焰,研究了燃料掺混对碳烟生成的影响以及协同效应.分别将5%、20%、40%摩尔分数的甲烷混合到丙烯中,形成具有相同当量比和最高火焰温度的预混火焰.使用微孔探针采样技术和扫描电迁移率粒径谱仪,在燃烧器稳定滞止火焰中测量了碳烟粒径分布.研究发现,掺混甲烷后的火焰生成碳烟颗粒粒径仍旧呈现双峰性分布;但随甲烷掺混率增加,双峰性减弱,颗粒生长速率减弱,碳烟体积分数也迅速减小.在所研究的试验工况下,丙烯与甲烷在碳烟生成方面不仅没有协同效应,而且甲烷的添加降低了碳烟颗粒的生长速度和碳烟生成总量.     

细水雾与油雾火焰相互作用的实验及数值模拟研究

开展了细水雾抑制熄灭燃油油雾火的实验研究,并在试验研究的基础上,利用大型计算流体力学商业软件模拟研究细水雾与油雾火焰的相互作用。研究表明,细水雾熄灭油雾火的机理是降低可燃物与氧气混合浓度比和动力学效应、火焰冷却与衰减热辐射。在细水雾与油雾火焰相互作用动态过程中模拟计算与实验有一定程度的吻合;模拟计算表明细水雾有效灭火的前提是快速穿透火焰。     

细水雾扑灭油池火的临界条件

通过模拟灭火实验发现细水雾灭火过程中由于雾特性参数的变化而形成两种相异的灭火过程,进而通过理论分析与计算得到了细水雾通过火焰冷却扑灭油池火所需的临界条件,并通过实验室尺度实验与全尺度实验对计算结果进行了验证．在实验中还发现对于下喷式系统而言,细水雾能否穿透烟气羽流层对于细水雾系统能否灭火具有至关重要的影响,为此引入了烟气羽流与细水雾的推力比这一概念,并通过实验确定了采用下喷方式时,细水雾灭火的临界推力比大致为10．     

基于微型流化床热重分析的贵州无烟煤焦燃烧特性研究

利用微型流化床热重分析系统对贵州威赫无烟煤焦燃烧特性进行了研究,获得了不同温度、不同粒径、不同O2体积分数下煤焦转化率随时间的变化曲线,并通过数据分析得出煤焦的燃烧反应与氧气扩散间的竞争关系.结果 表明:煤焦的燃烧速率随颗粒粒径的减小而先线性增大,在0.4～0.6mm粒径处发生转折,转折后的燃烧速率随煤焦颗粒粒径的减小而增大的幅度变缓,不同O2体积分数下的燃烧都存在类似规律;对于大颗粒粒径的威赫煤,提高温度不能从根本上改善燃尽情况;粒径小于0.6 mm的煤焦燃烧速率随温度的升高而快速增大,可以通过提高循环流化床床温的方法来提高燃尽率,降低飞灰含碳量;对于粒径大于3 mm的煤焦,提高床温不会增大燃烧速率,增大密相区的O2体积分数可以增大燃烧速率,降低底渣含碳量.     

不同温度和应变率下水工沥青混凝土细观能量演化研究

为揭示水工沥青混凝土在不同温度和应变率下的细观能量演化规律,基于离散元颗粒流程序(PFC3D),根据试件中骨料级配建立三维细观随机骨料模型,利用该模型对不同温度范围应变率条件下的水工沥青混凝土单轴受压试验进行离散元研究。分析水工沥青混凝土破坏全过程中细观能量演化特征,探讨温度和应变率对应变能和耗散能演化特征的影响,从细观层次研究能量演化的机制。研究结果表明,在破坏过程中粘结应变能和线性应变能随变形增大而增大,摩擦耗散能和阻尼耗散能随变形增大而增大;应变率为10-4s-1时,温度从10℃降低至-20℃,应变能储能极限提高11.46倍,能量耗散量提高6.37倍,温度为0℃时,应变率从10-5s-1提高至10-2s-1,应变能储能极限提高6.37倍,能量耗散量提高3.71倍,应变能和耗散能随温度降低和应变率提高而增大。