氢燃料电池应用燃爆风险与防治研究现状

氢燃料电池汽车 HFCV 是我国新能源汽车发展的重要方向,HFCV 和加氢基础设施消防安全理论和规范标准亟需完善。分析 HFCV 和加氢站的火灾燃爆危险性与消防安全形势,综述了在高压氢泄漏可能导致的射流冲击、扩散积聚、射流燃烧和气云燃爆等多种灾害场景方面的研究进展,并探讨了现阶段高压氢能消防研究方面存在的问题和局限性,展望了氢能消防安全研究方向。     

轻质气体泄漏扩散及其爆炸特性研究

鉴于轻质可燃气体与重质可燃气体在空气中扩散性质的差异 ,本文利用甲烷和氢气的泄漏扩散及其爆炸实验 ,探讨了轻质可燃气体的泄漏扩散行为及爆炸特性。     

基于FLACS的掺氢燃气站场事故后果评估

针对燃气站场混氢输送的安全性问题,基于FLACS软件进行掺氢燃气站场事故情景构建,重点针对气体泄漏、气云爆炸以及喷射火3种典型事故展开后果评估。结果发现：泄漏中后期,气云发展规模增大,气云边界的弥散速度与泄漏速度将达到动态平衡。掺氢比例增加在一定程度上缩短了天然气的爆炸区域,并导致总体泄漏气云量下降。当掺氢比为20%时,气云爆炸产生的超压值最高,危险系数最高。氢气的体积能量较小,掺氢行为会降低气体的能量含量。掺氢比例增加后,喷射火灾的风险范围有所减小。     

油氢合建站典型泄漏火灾热辐射后果模拟分析

根据油氢合建站实际运行状态识别典型火灾事故场景,建立高压氢气泄漏喷射火及油池火灾事故热辐射模型,模拟分析油氢合建站地面涉氢设施及加油设备典型泄漏火灾危害特性。结果表明：储氢区涉氢压力45 MPa、发生典型10 mm 泄漏喷射火时危害范围较大,对设备及人员危害距离分别为21 m 和36 m;加油枪断裂发生40~60 L/min 泄漏时设备受到严重破坏的 距离为5~8 m,人员受到热辐射伤害的距离为12~19 m。研究结果可为油氢合建站布局优化及安全管理提供参考。     

应用细水雾灭火技术扑救天然气泄漏火灾方法研究

在开放空间细水雾与火焰相互作用研究实验的基础上,进行了细水雾从不同方向施加于竖直向上气体射流火的灭火对比性实验,进而进一步研究细水雾熄灭气体射流火的方法,并结合细水雾灭火实际案例,探讨应用细水雾科学有效的扑救天然气泄漏火灾问题.     

压缩气体小孔射流截面大气环境中扩张系数

在相关压缩气体泄漏的数值模拟中,对截面扩张的准确估计可增加模拟结果的可信度.以质量守恒定律为基础,对压缩气体发生小孔泄漏后射流截面扩张的计算方法及规律进行分析,并分析多种气体在不同压力和温度下的射流截面扩张.音速传播的气体,恒温下气体横截面扩张系数随压力的增大而增大,随相对分子质量的增大而减小.恒压下气体横截面扩张系数随温度升高而增大,随相对分子质量增加而减小.     

城市燃气管网掺氢输送关键技术探讨

分析城市燃气管网输送及用气环节的安全掺氢比例。探讨掺混环节、输送环节(管材相容性、PE管和钢管渗漏、泄漏扩散、对计量影响、对加臭影响)、运维环节的关键技术。分析国内外城市燃气管网掺氢标准现状。     

熔敷金属中扩散氢测试方法的研究进展

阐述了熔敷金属中扩散氢的存在形式、产生、来源及危害。介绍了4种扩散氢检测方法,即甘油法、水银法、气相色谱法和载气热提取法,总结了4种检测方法的优劣,并对4种方法进行了比较,指出了4种方法测定扩散氢的差异。简述了焊接热输入、焊接道数、冷却方式及焊接环境等因素对扩散氢含量的影响。     

街道天然气管道泄漏扩散的数值模拟分析

为分析泄漏时间、管道压力、泄漏孔径以及泄漏口与建筑物距离四个因素对典型街道天然气管道泄漏扩散的影响,采用数值模拟方法建立CFD模型对天然气管道泄漏扩散进行模拟,得到不同影响因素下的甲烷体积分数分布。利用相似性原理建立缩小比例实验模型实测,进行实验验证,比较4个观测点的射流速度的测试结果与模拟结果,验证结果表明模拟方法具有较好的准确性。研究表明,泄漏扩散初期体积分数分布变化很大;泄漏一段时间后,建筑物对扩散的天然气起抬升作用,使射流高度增加,泄漏天然气对旁边的建筑物有贴附效应。     

易燃有毒气体泄漏扩散及其危险范围预测

本文对地面泄漏源、泄漏气体扩散模式及其影响因素进行了阐述 ,利用气体湍流扩散微分方程 ,建立了地面瞬时和连续泄漏源气体扩散模型 ,并用于解决易燃易爆或有毒气体泄漏扩散危险区范围预测中的问题。     

受限空间氢泄爆外部超压特性研究

作为一种清洁环保的二次能源,氢能已得到世界各国的高度关注,尤其是在"碳达峰""碳中和"的背景下,氢能必将迎来更加广阔的发展前景.然而,由于氢气具有爆炸极限范围宽、点火能低及燃烧速率快等特点,在受限空间内发生的意外氢泄漏极有可能引发爆炸.爆炸泄压是减轻爆炸后果的有效方法,但目前国内外对受限空间内氢爆炸泄压方面的研究相对有...     

管道内径与壁温对高压氢气自发点火的数值研究

氢气在高压储存中的泄漏容易导致自燃。为探究影响氢气自燃的因素,运用Realizable模型、EDC模型、21步氢/空气化学反应机理对加压氢气在不同管道壁温和管径中突然释放的自燃过程进行了数值模拟。研究结果发现：管道壁温的降低能显著降低氢气自燃的可能性;输送压力小于8 MPa时,管道内径的增加不利于氢气点火自燃,当输送压力过大时（10 MPa）,管道内径的增大为氢气射流的膨胀和扩散提供更多空间,利于氢/空气混合物的生成,促进氢气自燃点火。     

Ignitor and Thickness Effects on Upward Flame Spread

The effects of a material's ignitor characteristics and burning duration on upward wall flame spread are investigated. The ignitor is represented as an energy line source. Its energy release rate and its duration after ignition are considered. The material is represented as a finite, thick noncharring material with properties representative of polymethylmethracrylate (PMMA). A Volterra integral equation is solved for upward flame speed by numerical methods, and a transient, noncharring burning rate model is included. Results show the influence on propagation of ignitor effects and material thickness. A propagation map is computed showing the domains of flames that spread and flames that stop. Criteria for propagation and how propagation affects fire growth are considered in a standard room-corner test.     

Risk Assessment of Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicles in Tunnels

The need to understand the risks and implications of traffic incidents involving hydrogen fuel cell electric vehicles in tunnels is increasing in importance with higher numbers of these vehicles being deployed. A risk analysis was performed to capture potential scenarios that could occur in the event of a crash and provide a quantitative calculation for the probability of each scenario occurring, with a qualitative categorization of possible consequences. The risk analysis was structured using an event sequence diagram with probability distributions on each event in the tree and random sampling was used to estimate resulting probability distributions for each end-state scenario. The most likely consequence of a crash is no additional hazard from the hydrogen fuel (98.1–99.9% probability) beyond the existing hazards in a vehicle crash, although some factors need additional data and study to validate. These scenarios include minor crashes with no release or ignition of hydrogen. When the hydrogen does ignite, it is most likely a jet flame from the pressure relief device release due to a hydrocarbon fire (0.03–1.8% probability). This work represents a detailed assessment of the state-of-knowledge of the likelihood associated with various vehicle crash scenarios. This is used in an event sequence framework with uncertainty propagation to estimate uncertainty around the probability of each scenario occurring.     

粒径对中密度纤维板粉尘爆炸特性影响实验研究

为探究粒径对中密度纤维板粉尘爆炸及相关特性的影响,采用20 L爆炸球、粉尘云最低着火温度装置、锥形量热仪和哈特曼管装置,对不同粒径粉尘的爆炸下限、最大爆炸压力、最低着火温度、热释放速率和火焰传播规律进行研究。结果表明,随着粉尘粒径减小,爆炸下限和粉尘云最低着火温度降低,最大爆炸压力逐渐增大;粉尘燃烧过程分为升温、着火、过渡、加剧和熄灭5个阶段,并出现2个峰值,热释放速率变化时间和吸热时间随着粒径减小而增加,热释放速率峰值增大;火焰在管道内的传播随着粒径减小先增强后减弱,管道外“火球”形状更大,火焰消散后火星数量变少,火焰尾端更加细长。     

贴壁线性火源在综合管廊电缆舱中的火灾行为研究

在缩尺寸管廊模型中进行电缆火灾试验,在距离管廊底部15,45,75,105 cm处贴壁放置线性火源,研究贴壁线性火源在不同高度处的火灾行为.通过试验分析发现,与点火源不同,线性火源的热释放速率随着高度的增加而减小;对有效火焰高度进行修正,通过拟合得到有效火焰高度的预测式;对羽流区和射流区的横向温度分别进行分析,得到横向...     

地下油料洞库油气爆炸的数值模拟研究

地下储油库是典型的受限空间结构.一旦发生油气爆炸燃烧,爆炸压力波和火焰的传播将受到众多因素的影响.通过数值模拟的方法研究了在地下油料洞库中油气混合物由弱点火引起爆炸燃烧的发展过程,以及爆炸压力波和火焰经局部扰动后的变化过程,并将数值模拟结果与实验结果进行了对比和综合分析,得到了地下油库油气爆炸过程的基本参数,揭示了爆炸过程中油气浓度、湍流对燃烧与压力波发展影响的规律.研究结果对地下受限空间油气爆炸过程的进一步研究以及爆炸灾害的预防都具有参考价值.     

Extinction condition of counterflow spray diffusion flame with polydisperse water spray

The effect of polydisperse water droplet size distribution on the burning behavior and extinction condition of counterflow spray diffusion flame was investigated experimentally in this study. N-heptane as liquid fuel spray and nitrogen as a carrier gas were introduced from the lower duct while water spray and oxidizer consisting of oxygen and nitrogen was issued from the upper duct. The burning behavior of spray flame for different fuel droplet size with and without water spray was observed and the extinction condition of counterflow spray diffusion flame was characterized by oxygen concentration at extinction. The results show that the minimum value of oxygen concentration at extinction for counterflow spray diffusion flame with water spray is similar to the extinction condition without water spray for higher mean droplet diameter of water. The minimum value of oxygen concentration at extinction shifts to the smaller fuel droplet size when decreasing the water droplet size. For fuel droplet size higher than 48 μm, the optimum of water droplet size for suppressing counterflow spray diffusion flame was smaller than gaseous flame. The explanation of optimum water droplet size based on the coupled effect of Stokes number and vaporization Damköhler number can be used for prediction of the effectiveness of water droplet on the suppression of counterflow spray diffusion flame.