航空煤油池火焰高度特征研究

在燃烧风洞试验厅开展了无风和有风条件下的航空煤油池火燃烧实验,油池直径分别为0.15,0.20,0.30和0.60 m,风速范围在0～3.5 m/s.结果表明,不同直径油池均存在临界Ri-1值,小于此临界值时,无量纲平均火焰高度随ln Ri-1的增加而线性减小,大于此临界值,无量纲火焰高度基本保持不变;随油池直径增加,临界Ri-1值变大,稳定的无量纲平均火焰高度减少.理论推导了无风条件下火焰高度与油池直径、燃烧速率的函数关系,表明火焰高度Hf/D随Fc数的2/3次方变化,拟合给出了相关参数值,建立了无风条件下火焰高度的预测模型,并拟合建立了有风条件下池火焰高度的预测模型.     

不同通风模式下隧道酒精池火热传递过程

为分析不同通风模式对于池火热传递过程的影响,在隧道模型内进行直径0.5 m酒精池火实验,测试和对比燃料质量损失速率、火场温度、火焰辐射热和对流换热热通量.结果表明:在0.5 m/s纵向排烟模式下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量比自然通风条件增加了30%左右,这对火灾热传递过程控制不利.在0.8,1 m/s纵向排烟条件下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量及上部热烟气层温度显著降低.0.5 m/s顶部排烟显著降低了旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量,火灾最晚达到旺盛阶段,较早进入衰减阶段.0.5 m/s顶部排烟是本实验条件下最佳的排烟模式.     

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.     

改进点源法在火灾热辐射计算中的应用

为了对火灾热辐射进行较为准确的计算,借鉴CFD计算理论,对热辐射点源模型进行改进,根据火焰宽度、燃烧速率相同的原则,对火焰进行“离散”,对控制点的数量进行分析,并试验验证改进点源模型的精确性.结果表明:改进点源模型实现了火灾热辐射的快速计算且精度较高,当火焰高度上点源个数为71时,点源个数的增加对计算结果的改善不明显;...     

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。     

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.     

水喷淋设备抑制摩托车火灾延烧的实验研究

为了解停放在建筑物的摩托车火灾延烧危险性,以及如何用水喷淋阻止火灾延烧,以全尺寸实验的方法,分析热释放率及延烧行为.结果表明: 摩托车火灾成长期热释放率Q/MW=0.000 19(t/s)2.摩托车火灾的火焰高度可达 3.5 m 以上, 4.5 m高度的温度达784℃.在研究的实验情境下,当喷淋头配置在摩托车正上方,水喷淋密度12 L/(min·m2)时,可以压制火焰高度在2 m左右,阻止火灾接焰延烧到上方的建筑物;当水喷淋密度30 L/(min·m2)时,可以压制火焰高度在1 m以下,阻止火焰向上方的建筑物及相邻的摩托车延烧.     

穿透风对外部燃烧火焰影响的数值模拟

为研究室内火灾的外部燃烧现象,该文应用FDS(fire dynamic simulator)程序,采用大涡模拟(LES)湍流模型,对穿透风对外部燃烧火焰的影响进行了数值模拟研究。计算结果解释了Law的经验公式与Klopovic的实验观测之间的矛盾,并且给出Law经验公式的适用范围。计算结果显示,存在两个穿透风的临界速度当穿透风风速大于第一临界速度时,Law的关于外部燃烧火焰高度的公式定性正确;当穿透风风速大于第二临界速度时,Law的关于外部燃烧火焰长度的公式定性正确;数值计算得到的火焰宽度随风速的变化趋势与Law经验公式的预测结果相反,但与Klopovic的实验观测一致。     

有侧开缝的竖直通道内旋转火焰高度特性

为研究侧开缝竖直通道内旋转火焰高度的特性,搭建了内部尺寸为32cm(长)×32cm(宽)×200cm(高)的竖直通道,选取正庚烷和酒精为燃料,在斜对侧开缝和正对侧开缝两种形式下进行了不同直径火源的旋转火焰实验.实验结果表明,初期旋转火焰的高度值首先经历一个相对短暂的前期稳定阶段,之后达到最大值稳定阶段;以正庚烷为燃料形成的强烈旋转火焰高度在后期迅速下降,而以酒精为燃料时火焰高度的下降会经历一个缓冲的阶段;当以正庚烷为燃料时,火焰高度同时受到浮力和旋转强度的双重影响.并根据实验结果对火焰高度的无量纲表达式进行了修正.     

微米和纳米钛粉尘层着火蔓延特性研究

为了解微细钛粉的层火灾危险性,采用标准热板测试装置和自制的粉尘层火蔓延实验装置,研究了微米和纳米钛粉尘层最低着火温度和火蔓延速率变化规律,并验证了热爆炸理论模型和粉尘层火蔓延速率模型的适用性.结果表明:钛粉尘层最低着火温度随粒径减小而降低,33μm钛粉和60~80nm钛粉的粉尘层最小着火温度分别为>400℃和230℃,与Thomas模型计算结果基本吻合;钛粉的层火灾危险性受粒径影响较大,实验测得微米和纳米钛粉的粉尘层火蔓延速率分别为13.60和500.57mm/s,均大于理论模型计算结果.研究结果对微细钛粉的层火灾安全评价和工业防火防爆设计具有参考价值.     

Experimental study on burning rate of small scale heptane pool fires

Burning characteristics of small scale thin-layer n-heptane pool fires were experimentally studied.Flame height,burning rate and fuel temperature distribution of pool fires with different diameters were measured.Fuel surface temperature and wall heat flux were analyzed.Four typical burning phases,which include pre-burning,quasi-steady state burning,boiling burning and decaying phases,are revealed based on the experimental data and phenomenological analysis.It is shown that flame height and burning rate of b...     

油滴与深油膜正碰撞的动力学分析

为揭示航空发动机轴承腔中润滑油滴与壁面油膜的碰撞特性,采用VOF方法建立了油滴与深油膜正碰撞的三维数值分析模型.通过数值计算,分析了油滴与深油膜正碰撞后溅射油膜与空腔的形貌演化与流动铺展过程,以及二次油滴的初始特性;探讨了油滴直径和碰撞速度对碰撞结果的影响.结果表明:碰撞形成的溅射油膜以油滴接触点为中心向外铺展,最终发展为冠状油膜,其间伴随有大量尺寸各异的二次油滴产生;油膜内部形成的空腔近似空间半球形状,二次油滴的直径呈对数正态分布;随着油滴直径和碰撞速度的增大,油冠高度、空腔深度和直径均增大;二次油滴直径分布区间随着油滴直径的增大和碰撞速度的减小而更加分散.与相关试验结果进行对比,验证了提出的数值分析模型的正确性与可靠性.     

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.     

油池火蔓延过程的数值模拟

本文采用Magnussen的EBU版本的湍流燃烧模型,数值模拟油池从点火到火蔓延这一燃烧过程。计算结果与他人发表的一些实验结果比较,定性合理。     

含氯化钾低压细水雾抑灭正庚烷池火性能研究

为探究KCl（氯化钾）添加剂对低压细水雾抑灭性能的影响,课题组在1 m3密闭空间内开展了含不同浓度KCl的低压细水雾对正庚烷池火的抑灭实验。基于灭火过程、灭火时间、火焰温度、灭火机理等维度,分析了含KCl细水雾的灭火特性。结果表明： KCl添加剂可有效缩短低压细水雾灭火时间,缩短的灭火时间主要集中在火焰撕裂、游走阶段;油盘面积增大后燃烧更剧烈,灭火所需KCl浓度要求更高;含4%KCl低压细水雾灭直径6、8、10 cm的油盘火时,与纯细水雾相比,可分别缩短灭火时间82%、79%、73%,增大降温速率1.5倍左右;含KCl细水雾主要通过消耗、湮灭链式燃烧反应所必需的自由基来达到更优的抑灭效果,Cl-主要切断链的引发阶段,K+主要切断链的传递、终止阶段。可见KCl添加剂能显著强化低压细水雾的抑灭性能。     

含油金刚石纳米制冷剂的核态池沸腾换热特性

研究了含油金刚石纳米制冷剂（即由制冷剂R113、润滑油VG68和金刚石纳米颗粒组成的纳米流体）的核态池沸腾换热特性,分析了金刚石纳米颗粒对含油制冷剂核态池沸腾换热的影响.实验中饱和压力为101.3 kPa;热流密度为10~80 kW/m2;纳米油(纳米颗粒和润滑油的混合物)的质量分数为0~5%;在纳米油中金刚石纳米颗粒的质量分数为0~15%.实验结果表明：金刚石纳米颗粒增强了含油制冷剂的池沸腾换热,在测试工况下换热系数最大可增加63.4%,并且增加幅度随纳米油中纳米颗粒质量分数的增加而增加,随纳米油质量分数的降低而增加.开发了含油纳米制冷剂池沸腾换热关联式,关联式预测值与94%的实验数据偏差在±20%以内.     

微水对绝缘油凝点倾点影响的红外光谱检测

探讨微量水分影响机理以便采取有效措施监控绝缘油的运行状态.首先配制不同微水体积分数的绝缘油样,通过实验测试油样的凝点、倾点值;再对每组油样进行红外光谱扫描,得到油样中石蜡质成分（特征波数为722 cm-1）、水分（特征波数为1 640,3 400,3 450,3 615 cm-1）的吸光度值;最后对每组油样中水分子在不同红外波数处的吸光度值、油样中石蜡质吸光度值、油样凝点倾点实验值之间进行皮尔逊相关系数分析,并建立了722,1 640,3 400,3 450,3 615 cm-1波数吸光度值与凝点倾点值的多元线性回归模型,模型的拟合优度分别为0.987 3和0.993 6,模型对油液凝点倾点的预测值与实测值之间的误差范围为0.033%~0.350%.结果表明微水对绝缘油凝点倾点的影响规律是随着油水分散系中水分体积分数增加,油液的凝点倾点值均呈现小幅增加趋势,水分对油样石蜡质成分吸光度值影响作用明显.