基于PyroSim的仓储锂离子电池火灾数值模拟研究

采用PyroSim软件模拟仓储锂离子电池热失控引起的火灾场景,分析了火灾点火源周围的温度变化、热释放速率、能见度变化和CO体积分数变化情况,并设置喷淋系统对其进行灭火效果的数值模拟研究。结果表明：仓储锂离子电池发生火灾后,在35 s时烟气蔓延至整个仓库,火场的最高温度可达1625℃,热释放速率最高可达81 607 k W/s,CO体积分数最大可达1.799Χ10-3。设置喷淋装置灭火后,锂离子电池燃烧所产生的烟气明显减少,点火源周围的温度也得到了控制,热释放速率最高为6.5 kW/s,达到灭火和防止火灾蔓延的目的,有效地抑制锂离子电池储存仓库火灾的发生。     

锂离子电池火灾危险性研究

为解决锂离子电池在应用、运输中的火灾安全问题,并为锂离子电池火灾扑灭技术研究提供支撑,以钴酸锂18650型及大容量的聚合物锂离子电池为研究对象,通过开展针刺、短路、耐热等滥用试验寻求锂离子电池及电池组引发火灾的条件和因素。通过开展燃烧试验,分析锂离子电池的燃烧特点。试验结果表明:正极材料为钴酸锂的18650型锂离子电池自燃温度约为170℃,大容量的聚合物锂离子电池组在内部短路后,可能发生燃烧甚至轰燃现象且燃烧残留物温度高,易引发火灾;18650型锂离子电池在短路条件下会长时间持续放热,存在引发火灾的可能;单只锂离子电池燃烧后能够引燃相邻的电池,从而形成电池组的连锁燃烧反应。     

锂离子电池火灾风险管控研究现状分析

为了研究锂离子电池火灾风险管控,本文对锂离子电池火灾的特点及诱因进行了分析,通过查阅国内外相关文献,对锂离子电池模型仿真技术、火灾防治材料以及各阶段安全评价的研究状况进行归纳总结。研究发现,对锂离子电池火灾进行评价时,评价对象较为单一,无法系统地对锂离子电池火灾进行风险管控,故提出将生物免疫机理引入对锂离子电池火灾的风险管控中,为实现锂离子电池的全生命周期安全管理提供了新思路。     

楼梯间电动车火灾数值模拟研究

楼梯井电动车火灾呈典型的烟囱效应现象,短暂燃烧,浓烟迅猛,往往危害很大。模拟结合全尺寸实验结果,基于FDS软件对电动车在楼梯井内燃烧进行动态仿真,相关数据进行对比分析。研究结果表明:物理实验数据与数值模拟数据比较吻合,楼梯间平均温度370℃左右,最高温度超过1 000℃,楼梯间浓烟毒性很大;火焰卷吸处上方的无量纲温度随楼梯井竖直高度的增加而减小,同一区域的近墙处温度较高;火灾后期在喷淋作用下,CO浓度在火灾熄灭阶段有所增加。     

典型锂离子电池火灾灭火试验研究

为研究不同灭火剂扑救锂离子电池火灾的有效性,以18650型钴酸锂锂离子电池为研究对象,开展了干粉、二氧化碳、水成膜泡沫灭火剂等不同灭火剂及细水雾扑救锂离子电池火灾的实体灭火试验.结果表明:二氧化碳、ABC干粉、3％的水成膜泡沫灭火剂均能有效扑灭18650型钴酸锂锂离子电池火灾的明火,但灭火后均出现复燃现象,出现复燃的时间与灭火剂的冷却能力成正比;而细水雾在灭火系统喷雾强度为2.0 L/(min·m2)、喷头安装高度为2.4m的条件下,无法有效抑制或扑灭18650型钴酸锂锂离子电池火灾.     

飞机货舱锂离子电池火灾烟雾光散射特性

锂离子电池应用广泛,飞机货舱内不可避免地会运载锂离子电池或含有锂离子电池的货物,导致货舱内锂离子电池火灾时有发生。然而,研究者对飞机货舱感烟火灾探测器是否适用于锂离子电池火灾及响应性能的认识尚不清楚。航空标准SAE AS8036A是为测试和评估飞机货舱感烟火灾探测器性能而制定的,其中仅规定了几种标准测试火,并没有锂离子电池火灾相关内容。使用SAE AS8036A标准中规定的试验装置,研究了两种荷电状态的18650锂离子电池火灾烟雾光散射特性,并选取SAE AS8036A标准中规定的2种阴燃烟雾、2种明火烟雾及2种粉尘干扰气溶胶作为对比。结果表明,设计的探测器模型采用两种波长入射光(405 nm、850 nm)及两个散射角(45°、135°)光电二极管,能区分识别火灾烟雾与粉尘干扰气溶胶,并且判断是否为锂离子电池火灾。     

18650型锂离子电池燃烧特性及火灾危险性评估

为评估18650型锂离子电池的火灾危险性,以3种不同品牌的商品三元18650型锂离子电池为研究对象,采用锥形量热仪在不同辐射热和荷电状态下对3种电池进行了燃烧试验,分析了电池的热释放参数、烟参数、毒性参数和质量损失参数。并在试验的基础上构建了锂离子电池火灾危险性综合评估指标体系,计算了这3种电池在辐射热35kW/m^2及品牌1的18650型锂离子电池在25 kW/m^2条件下的火灾危险指数。结果表明:电池的热参数和毒性参数随电池荷电状态(SOC)和辐射热增大而增大,满电状态下的品牌1电池在辐射热为50 kW/m^2、35 kW/m^2和25 kW/m^2时的热释放速率峰值分别为9.23 kW、8.64 kW和6.26 kW;生烟量随电池SOC和辐射热增大而减小;综合评估得出了3种电池的火灾危险性。     

锂离子电池热失控危险性研究进展

锂离子电池广泛应用的同时也出现了燃烧、爆炸等安全问题.针对锂电池热失控及火灾问题,综述了电池内部热失控演变过程、热失控气体释放及其燃爆风险,以及热失控和火灾发生时有毒有害气体的危害性等方面近年来的研究进展.最后提出今后主要研究方向是电池模块/电池包内热失控气体释放和流动过程研究、气体爆炸危险性动态变化规律研究和大容量高比能富镍电池单体/模块热失控特性和规律研究等.     

高校图书馆火灾数值模拟与分析

运用火灾场模拟软件FDS对某高校图书馆的火灾场景进行全尺寸数值模拟,研究两种极端情况下图书馆发生火灾时火场内的烟气蔓延、温度分布及能见度的变化情况。模拟结果表明:图书馆发生火灾时影响人员逃生的主要因素为火场能见度,且冬天发生火灾比夏天危险性更大,当图书馆冬天发生火灾时烟气将更容易积聚于火源附近水平扩散速度较其他情况稍慢,由于烟气和其他有害物大量聚集对着火层及通过着火层逃生的人员将造成极大的伤害。在研究结果的基础上提出改进建议,为图书馆以后的管理及制定合理的消防火灾应急预案提供理论依据。     

锂电池火灾灭火技术研究综述

为系统了解锂电池火灾灭火技术研究现状,综述国内外针对锂电池火灾的灭火实验研究,基于锂电池火灾的特点,从灭火效果、冷却效果和毒性危害等方面分析各类灭火剂对锂电池火灾的适用性,指出目前研究存在的问题以及今后的研究重点。研究结果表明：灭火剂的冷却能力是抑制锂电池内部链式分解反应,进而阻止锂电池复燃和热失控传播的关键因素。未来研究应更贴近实际工程应用,从灭火效率、冷却能力、毒性影响和有无不良抑制作用等角度综合评估灭火剂的有效性。     

低压下不同新型清洁气体灭火剂抑灭21700型锂离子电池火研究

为探究在航空运输低压环境下Novec1230（全氟己酮）和2-BTP（2-溴-3,3,3三氟丙烯）2种新型清洁气体灭火剂扑灭和抑制空运锂离子电池火的效果,基于动压变温实验舱,自主设计了适用于气体灭火剂的实验灭火装置;在40,60,80 kPa 3种环境压力梯度下开展灭火实验,分析了施加2种灭火剂前后锂电池表面温度变化和灭火过程中的实验现象。结果表明:低压下2-BTP和Novec1230均能有效降低锂离子电池火焰中自由基浓度,快速扑灭明火;2-BTP的降温和抑制温升效果明显优于Novec1230,能更好地抑制锂电池之间的连锁热失控。研究结果可为新一代机载灭火剂的选择提供参考。     

空气幕对城际铁路地下车站火灾烟气控制数值分析

为将空气幕作为城际铁路地下车站控烟措施提供理论依据,进而为地下车站防灾控烟设计提供新思路,以某典型城际铁路地下车站岛式站台层为依托,采用火灾动力学三维模拟软件FDS建立全尺寸火灾模型,对比单吹式、吹吸式空气幕布置于站台与轨行区间时楼梯及站台处温度及可见度分布规律,并分别对单吹式、吹吸式空气幕的射流风速、射流角度进行了参数优化研究。结果表明:单吹式、吹吸式空气幕均可保证火灾下楼梯区域可见度和温度的安全性要求;单吹式在射流风速为12 m/s且射流角度为10°时,吹吸式在射流风速为8 m/s时,防烟效果良好且趋于稳定;采用单吹式的最小站台危险区域较吹吸式长15 m,建议在城际铁路地下车站中选用吹吸式空气幕。     

受限空间环境压力对三元锂离子电池热失控影响

为研究三元锂离子电池在空运低压环境中的安全性,通过自主设计搭建的封闭式变压实验舱开展相关实验,对不同荷电状态(SOC)下的三元锂离子电池在不同压力环境(101,80,60,40 kPa)下的热失控特性进行研究,采集电池热失控过程中的温度以及实验舱内的压力变化,并对热失控后实验舱内的气体成分进行分析.结果表明:三元锂离子...     

锂枝晶导致的锂离子电池内短路模拟研究

锂离子电池内短路是导致其热失控的主要原因之一,机械撞击、集流体边缘毛刺和锂枝晶生长等都可刺穿隔膜导致电池内短路。采用有限元数值模拟方法,对锂枝晶引起的锂离子电池内短路进行了研究,比较分析了不同锂枝晶半径、数量和中心距情况下电池的热响应特征。结果表明锂枝晶导致的电池内短路产热来源主要是正负极可逆和不可逆热。短路电流、产热功率和电池最高温度等都随锂枝晶半径的增大而增大。锂枝晶中心距增大时,短路电流和产热功率也随之变大,但由于受到电解液锂离子浓度的影响二者增加的幅度越来越小。锂枝晶中心距越大时虽然电池总产热量越大,电池平均温度更高,但由于此时短路点分布较分散,电池最高温度却较反而较小。     

锂离子电池用新型复合聚合物电解质膜的性能研究

聚合物电解质膜是影响锂离子电池性能的重要因素,通过对聚合物的改性,能够改善聚合物电解质膜综合性能.本文以偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]为基,以N甲基吡咯烷酮(NMP)作溶剂,γ-丁内酯(γ-BL)作添加剂,用倒相湿法制备出复合聚合物电解质膜,并对其离子传递、膜结构和电化学性能进行了研究.用限制扩散方法测定了该电解质膜的锂离子扩散系数为5.68×10-10 cm2·s-1;用稳态极化法测定了该电解质膜的迁移数为0.61;用交流阻抗法测得该电解质膜的室温最高电导率可达1.73×10-3S·cm-1.测试结果表明,该聚合物电解质膜具有较好的离子传输性质和电化学性能.     

动力电池热失控引发电动汽车火灾的典型特征研究

为深入研究电动汽车火灾特点,基于电动汽车整车燃烧实验平台进行整车燃烧实验,探讨电动汽车动力电池热失控引发火灾的燃烧蔓延特征、烟气蔓延特征和典型痕迹特征。结果表明:热失控引发的电动汽车火灾燃烧过程由底盘向车头和车尾蔓延,烟气火焰通过底板处的空隙进入乘员舱,烟气浓度短时间内便可使车内乘员丧命;整车烧损痕迹呈现两头重中间轻的特征,电池模组及单体呈现向早期热失控模组或单体挤压变形的痕迹。     

标准受限空间内细水雾熄灭煤油火的实验和数值模拟

在3.0m×3.0m×2.8m标准受限空间内,采用煤油模拟池火,火灾功率设定为195kW,进行了一系列细水雾灭火试验。对灭火时间做了详细记录,并实验研究了灭火时间的重现性及其相关因素。采用M-9000燃烧分析仪对细水雾施加前后火灾烟气(如氧气、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫)的浓度进行了在线测量。其结果表明:细水雾灭火系统熄灭煤油火的时间均在20s以内,灭火时间重现性保持在91.9%以内;施加细水雾后,氧气浓度降低,一氧化碳浓度升高,燃烧更加不完全。采用FDS模拟了细水雾熄灭煤油火,预测的温度场和灭火时间与实验结果吻合较好。     

基于火探管式的锂离子电池灭火技术研究

为研究锂离子电池灭火方案,基于火探管灭火技术同时利用新型清洁灭火剂Novec 1230,组装成火探管灭火系统。在灭火测试平台上以功率为200 W的电热管作为外热源引发单电池或电池模组热失控,通过改变火探管的布置位置,记录相应的灭火行为以及灭火效率,并对实验结果进行了分析。研究结果表明,当火探管灭火系统直接布置在电池正上方时,在起火后的5.6s内控制火情;随着灭火剂用量增加可以显著降低体系温度,防止电池复燃以及连锁热失控现象发生;火探管有效覆盖区域外的失控电池作为热源将继续加热临近电池,引发连锁热失控,造成灭火系统失效;根据电池热失控后的燃烧行为以及传热行为,提出相应的火探管灭火系统复合方案。