偏二甲肼池火灾模型及热辐射伤害研究

泄漏偏二甲肼池火灾产生的热辐射可能导致周围人员伤亡、设备损坏或人员中毒事故.通过池火灾计算模型对泄漏偏二甲肼池火的火焰半径、火焰高度、火灾总的热辐射通量以及目标入射热辐射通量等参数进行了计算.根据热辐射和伤害准则,对偏二甲肼池火灾造成的伤害进行了研究,这对应急救援等具有一定的指导意义.     

有风情况下池火灾的数值模拟

以甲B类物质苯为例对有风情况下的池火灾进行了数值模拟.采用prePDF对苯的燃烧进行模拟,得到非绝热条件下,有关苯燃烧的峰温及产物组分与混合分数、平均分数方差和焓变之间关系的查询表,将查询表调入Fluent,对苯的燃烧流动情况进行模拟,得到有风情况下,直径10 m的苯液池火灾的火焰形状、温度场等,燃烧温度的最高点在对称面y=0上,最高温度为1 478 K;按各个等温线上温度最高点坐标连线的斜率计算火焰倾斜角度,得到火焰倾斜角度为38.7°,如果以1 000 K为分界线,则火焰高为10.2 m.     

贮库内偏二甲肼蒸发扩散数值模拟

 采用CFD软件Fluent对贮库内偏二甲肼泄漏后液池蒸发扩散质量分数变化过程进行数值模拟,分析研究了特定通风条件下贮库内气体运动规律和偏二甲肼连续扩散后的质量分数时空分布规律.结果表明,机械排风、负压进风条件下,贮库内气体呈现一定的循环流动;高质量分数区域主要集中在进风口下方;在z轴方向截面上偏二甲肼气体呈环形分布.     

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。     

大跨径悬索桥缆索承重构件公路火灾的瞬态空间温度场数值模拟

文章在国内外火灾研究工作的基础上,基于Ingason H平方增长模型,提出了适用于公路桥梁火灾研究的热释放率数学模型;根据建立的公路火灾物理模型,通过数值模拟给出公路火灾下悬索桥主缆、吊索表面温度及热流密度随火灾的发展过程而变化的规律公式,并建立了承重构件瞬态空间温度场。同一火灾场景下,不同直径的吊索可以采用相同的瞬态空间温度场;不同直径的主缆在不同位置具有相同的温度θt2时,可以采用相同的瞬态空间温度场。该研究成果可为今后大跨径悬索桥的抗火设计提供科学依据。     

套室内扩散燃烧火灾的三维数值模拟

采用非稳态湍流模型和湍流与化学反应相互作用的涡耗散燃烧模型,对套室内扩散燃烧的火灾进行了三维空间数值模拟.给控制方程添加不同源项以反映化学反应净产生速率对流场的影响,采用交错网格有限容积法将计算区域进行离散,用SIM-PLE算法求解离散控制方程.通过对套间内3种不同释热率情况下火灾的数值模拟,研究了套间内火灾发展、烟气温度分布和燃烧产物浓度分布规律.研究表明火源释热率的大小对烟气温度场的影响较大,对燃烧产物CO2浓度场的影响不很明显.释热率较小时,较短时间内仍能产生大量的烟气;释热率较大时,烟气层迅速形成,温度上升程度更为剧烈.此研究结果对于准确预测套室内火灾传播规律、有效阻止套室内烟气扩散和设计合理的排烟结构有一定的指导意义.图8,参12.     

基于FDS模拟的充气膜结构火灾温度场特性研究

充气膜结构是近些年发展起来的新型大空间结构,得到了广泛地应用。但在防火方面的研究缺相当缺乏。本文基于火灾燃烧模型理论,利用计算流体动力学软件FDS对典型充气膜结构的火灾温度场的分布特性进行了研究,重点分析了单一火源在不同位置的膜面温度场分布。数值模拟结果表明,距离膜面较远的火源条件下,其空间纵向温度分布较均匀,而环向温度分布梯度却比较悬殊;距离膜面较近的火源条件下,纵向和环向温度分布梯度都相对较小,温度相对较为均匀。本文的研究可为人员安全疏散和进一步的结构力学性能研究提供参考依据。     

公路隧道火灾的模型试验与数值模拟分析

为研究公路隧道火灾烟气温度场的分布规律,提升公路隧道的火灾安全性,以相似理论为依据,结合某实际隧道工程实例,设计了一套隧道火灾模型实验装置。模型隧道横截面为0．88m×0．5m,长12m,隧道内的风速可在0～5m／s范围内调节。采用该试验装置,进行了火灾时隧道内温度场的纵向、横向分布规律以及温度场扩散范围的火灾模型试验。试验中设定了不同的通风风速来模拟实际的隧道火灾场景,隧道内烟流温度通过数据采集系统读取。用FDS火灾动力学模拟软件进行了数值模拟计算,总体来看数值模拟的结果与试验数据的吻合程度较好。并依据试验及数值模拟的结果对隧道火灾的控制、救援和人员疏散提出了一些建议。     

铅芯橡胶隔震支座火灾中温度场及其火灾后力学性能的数值模拟

为研究火灾不同的时长对铅芯橡胶隔震支座温度场和力学性能的影响,采用ABAQUS进行有限元分析,利用国内外学者所做的铅芯橡胶隔震支座足尺模型试件参数信息,开展火灾温度场数值模拟.结果表明:火灾发生时,直接受到温度荷载作用的铅芯橡胶支座表面温度增加迅速,温度由外到里依次递减;火灾发生后,铅芯橡胶支座的竖向刚度和等效水平刚度受火灾作用时长的影响较为显著,并随着火灾发生时长的增加而逐渐降低;铅芯橡胶隔震支座保护层对减缓其耐火性能的衰减发挥着重要作用.     

矿井火灾烟流温度场及浓度场的数值模拟

以化学流体力学理论为基础，对矿井巷道条件加以简化，建立了描述矿井火灾烟流流动的微分方程组及求解此方程组的差分方程组，对ＳＩＭＰＬＥ算法进行了改进，提出了全断面压力校正方法。     

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.     

地铁站台上列车车厢内部火灾的数值模拟分析

采用火灾动态模拟软件FDS对地铁站台上列车车厢内部火灾进行了数值模拟,分析了着火车厢车门关闭和开启时车厢内部烟气温度、扩散速度、质量分数和能见度的变化规律.结果表明:车厢门关闭和开启时,烟气充满两相邻车厢的时间分别为68 s和70 s;车厢内1.5m高处烟气质量分数最大值分别为0.00 034和0.00 003;着火车厢内1.5m高处的能见度分别为14 m和18 m.对站台上列车车厢内部着火时的烟气扩散规律进行研究,对于指导人员疏散、保证乘客安全和改进地铁列车火灾应急处置预案等提供参考.     

环境湿度影响受限空间池火的实验

为了分析高湿环境下火灾发展和烟气蔓延的复杂性和不确定性,本文搭建了3.6m×1.2m×1.4m的受限空间实验模型,以直径600mm的酒精作为火源,在室温(20±2)℃和相对湿度［(30%~90%)±5%］范围内调整受限空间环境条件,测试模型空间内燃料的质量损失速率、池火火焰温度、上部热烟气层平均温度、火焰对周围环境的热辐射、地面接收到的热辐射、火焰根部O₂浓度、烟气中CO₂浓度等参数,分析不同环境湿度条件下受限空间池火的发展规律.实验结果表明,常温条件下,环境湿度达到90%左右时,燃料的质量损失速率、火焰对周围环境的热辐射、火焰温度和上部热烟气层平均温度均显著下降,火灾旺盛阶段持续时间延长,熄灭阶段温降梯度减小.因此,常温环境中,相对湿度90%的高湿条件下池火的发展和蔓延会受到显著抑制.     

6 mm单层浮法玻璃全尺寸火灾实验

在ISO 9705标准燃烧室(3.6 m×2.4 m×2.4 m)中央放置不同大小的油池,完成了5组由6mm普通浮法玻璃构成的单层玻璃窗暴露向不同规模火源的全尺寸火灾实验.通过玻璃附近气体温度分布曲线可知,实验中玻璃窗处于与实际火灾非常相似的分层室内火灾环境中.给出了包括热释放速率、热辐射通量、玻璃附近气体温度分布、玻璃暴露表面温度、玻璃遮蔽表面温度、玻璃首次破裂时间和破裂模式等实验数据,分析了单层浮法玻璃火灾特性的相关规律.     

封闭空间油池火火焰振荡特性研究

在内尺寸为1m(长)×1m(宽)×0.75m(高)的无开口封闭空间进行了庚烷池火燃烧实验,重点研究了封闭空间内庚烷池火火焰的振荡行为特性,油池尺寸包括0.100,0.141,0.200和0.300m四种规格.实验发现,火焰根部面积的变化频率与火焰高度的振荡频率相等,在此基础提出了采用火焰根部面积的变化频率求取火焰振荡频率的方法,并应用于具有顶棚射流的封闭空间池火火焰振荡频率的确定.研究结果表明,在燃烧过程中油池火焰振荡频率波动较小,火焰振荡频率小于开放空间经验公式预测值,火焰振荡频率与油池直径的关系拟合结果为f=1.33D-0.5,且对无量纲关系式St=0.26Fr-0.532符合较好.     

火灾条件下混凝土柱温度场的数值模拟分析

采用非线性有限元方法对火灾时混凝土构件的温度场进行了仿真计算,计算结果与试验数据吻合较好,在此基础上计算了多种火灾情况下混凝土受压柱的温度分布情况,为灾后建筑物的检测评定与加固设计提供了一定的依据。     

高拱坝下游水垫塘内流场的数值模拟

运用带自由表面的三维k-ε气液两相紊流数学模型,采用质量分配的方法概化由于设有齿坎且高程不同的泄洪表孔而形成的复杂水舌形态,模拟了某水利枢纽水垫塘内斜向淹没冲击射流形成的气液两相流场,计算得到的底板时均压力分布与物理模型试验实测结果符合较好.通过数值模拟给出了水垫塘内斜向淹没冲击射流流态和纵横断面上的水气体积分数分布.数学模型弥补了模型试验对水垫塘内部水流流态及有关重要水力学参数难以观测与测量的不足,有助于分析判断泄水建筑物布置的合理性与水垫塘的消能效果.