不同外界环境下保温材料表面火蔓延规律研究

为了揭示保温材料模塑聚苯乙烯泡沫板(EPS)和挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)在不同放置角度以及不同压力和氧气浓度等环境条件下火蔓延特性规律, 分别在高原地区的拉萨和平原地区的合肥对其进行了火蔓延实验. 实验是在小尺寸火蔓延实验台中进行的.通过分析在水平放置时, 保温材料在两地火蔓延过程中平均池火长度、火蔓延速度、平均火焰高度、预热区长度等特性参数的变化规律, 定量地揭示了高原和平原环境对保温材料火蔓延特性参数的影响. 重点分析了水平放置情况下, 保温材料火蔓延过程中各参数的变化特点, 得到在合肥地区测得的EPS和XPS的平均池火长度、火蔓延速度、平均火焰高度、预热区长度都高于在拉萨地区情况下.     

火积传递方程及其应用

火积是描述传热能力的物理量, 在热量传递过程中伴随火积的传递, 热量在传递过程中守恒,火积并不守恒, 因而火积必定有其独特的传递规律. 基于火积定义及其传递的思想, 导出了描述多组分黏性流动体系(包含热传递、对流、质量传递和化学反应过程)的火积传递方程, 它描述了该体系传热过程中火积的传递规律. 给出了火积流及其火积耗散的表达式, 并分析了其物理机制. 进而讨论了火积传递方程在稳态对流传热过程中优化传热的理论和方法, 从不同侧面应用稳态过程 传递方程得到了火积耗散极值原理和最小热阻原理, 给出了对单组分体系稳态对流传热和稳态导热过程应用的例证.     

高原环境下可碳化固体可燃物表面火蔓延特性研究

为了揭示可碳化固体可燃物在高原地区的火蔓延特性, 实验选取了质地较为均匀的白木为研究对象, 分别在海拔3658 m的拉萨和50 m的合肥进行了一系列实验, 通过测量不同宽度、倾斜角度下白木表面火焰高度、火蔓延速度、火焰温度、试样表面温度等参数, 定量分析了高原环境下可碳化固体表面火蔓延的特性. 结果表明, 在高原低氧浓度和低压力条件下, 火焰高度和表面火蔓延速度都有所降低, 但火焰温度却略有升高; 当试样宽度增大时, 合肥与拉萨的火蔓延相对速度差值越来越小.     

多孔介质的相变和热化学储热性能

探讨了利用多孔材料增加相变和热化学储热功率的可行性,研究了金属泡沫和膨胀石墨添加在储热材料中对储放热过程的影响.低温相变材料采用的是石蜡,高温相变材料采用的是硝酸钠,热化学储热工质对采用的是镁/氢化镁.实验研究了两种相变材料在开孔金属泡沫中的储放热过程.对膨胀石墨质量分数分别为3%,6%和9%的石蜡/膨胀石墨复合相变材料也进行了研究,并与采用金属泡沫的复合相变材料进行了对比.结果表明,金属泡沫具有更好的传热能力,主要因其具有膨胀石墨所不具备的内部连通结构.但是,金属泡沫会抑制液态区的自然对流,特别是对于低黏性的相变材料,因此导致了在固态区、固液共存区和液态区具有不同的传热特性,表明金属泡沫并不是在每个区域都能增强换热.数值研究了热化学储热材料在加入金属泡沫前后的放热过程.在热化学储热中加入金属泡沫,可使反应床平均温度下降,明显提高放热功率.同时,由于放热反应存在最佳反应温度,在一定氢气压力和壁温条件下,通过加入不同孔隙率的金属泡沫对放热功率进行研究,表明反应床加入的金属泡沫存在最佳孔隙率,使得床层整体温度更接近最佳反应温度,实现放热功率最大化.     

细水雾与煤油火相互作用机制研究

通过以锥形量热计为基础的小尺度灭火试验平台, 对细水雾施加过程中煤油火的热释放速率、一氧化碳、二氧化碳、氧气的变化规律进行了定量试验测量; 试验结果表明, 在细水雾施加的初期阶段, 煤油火火焰急剧增大, 然后快速降低, 且火焰的变化剧烈程度和细水雾的释放压力有较大的关联. 通过细水雾和煤油火作用过程中的物理和化学耦合作用机制的研究, 对该试验现象的形成原因进行了剖析和讨论. 研究结果对于该现象的认识可以为细水雾的工程化应用提供数据支持和理论指导.     

溶液除湿性能分析和优化的湿阻法

引入火积、火积耗散及湿阻的概念, 以揭示溶液除湿系统中水分传递过程的不可逆性和水分传递阻抗、通过分析与传热过程耦合的水分传递过程, 导出了反映除湿过程中水分传递不可逆性的湿阻的表达式, 建立了湿阻与溶液除湿系统除湿性能之间的关系, 并针对不同的运行工况, 分析了集中冷却和均匀冷却方式对溶液除湿性能的影响. 结果表明: 对于绝热型溶液除湿系统, 提高湿空气与溶液间的传质系数可以降低湿阻, 增大除湿量; 当湿空气和溶液之间的流量比较小, 即溶液流量较大时, 应采用预冷的方式来降低溶液除湿系统的湿阻, 提高除湿性能; 而当湿空气和溶液之间的流量比较大时, 应采用均匀内冷型的溶液除湿系统以更加有效地降低湿阻和提高除湿性能.     

卡诺制冷机的最佳输出率

在制冷机的有限时间热力学理论中,应用(火用)概念和(火用)方法有助于对制冷机用能过程特点的深入了解.然而至今还用得甚少,有必要进一步提倡和开展研究.本文导出了工作于T_H和T_L(T_H>T_L)两温度热源间受热阻影响的内可逆卡诺制冷机的最佳(火用)输出率(?)与制冷系数ε间的关系为     

微观状态数与可用(火积)的关系

基于(火积)与微观状态数的关系式,针对热量用于加热或冷却物体以及用于做功两种物理过程,讨论了传递可用(火积)、传递不可用(火积)、转换可用(火积)、转换不可用(火积)与微观状态数的关系.研究发现,热量用于加热或冷却物体时,如果系统内微观状态数的增大源于其内能的增大,则传递可用(火积)将增大;如果系统微观状态数的增大由系统内自发传热过程引起,则传递可用(火积)将减小.对于热量用于做功的情况,如果系统内微观状态数的增大是由内能增大引起的,则转换可用(火积)与转换不可用(火积)都将增大;如系统微观状态数的增大由系统内自发传热过程引起,则转换可用(火积)将减小,转换不可用(火积)增大.     

顽火辉石的高压声速和下地幔的可能组成

用光分析技术在４０－１４０ＧＰａ的冲击压力范围内测量了钙钛矿型顽火辉石的高压声速。实验测定其纵波声速ＶＰ与冲击压力Ｐ的关系为：ｌｎＶｐ＝３．７０９－０．。６９１ｌｎＰ＋０．０９４（ｌｎＰ＾）２且声速ＶＰ和ρ满足Ｂｉｒｃｈ定律：Ｖｐ＝４．０６８＋１．６７７ρ,可以确认在下地幔的温度压力下钙钛矿型顽火辉石是稳定的。     

T形腔火积耗散最小构形优化

火积耗散极值原理给出了新的传热优化的理论依据和评判标准. 针对矩形固体中包含T形开口空腔的传热模型, 引入了基于火积耗散定义的无量纲当量热阻, 在系统总体积、空腔体积以及T形腔所占矩形域体积一定的约束条件下, 以该当量热阻最小化为目标对模型进行了构形优化. 数值结果表明, 基于火积耗散极值原理可以设计出系统传热性能最优的几何结构. 修正了文献中无量纲总(最大)热阻的表达式, 以其最小化为目标得到了一些与文献结果不同的新规律. 将两种热阻指标下的数值优化结果进行了对比分析, 发现分别对应两种指标的最优系统结构明显不同, 以当量热阻最小化为目标的优化比以最大热阻最小化为目标的优化, 可以有效降低传热平均温差, 改善系统整体传热性能. 空腔自由度越大, 系统性能更佳. 通过数据拟合, 分别得到了当量热阻和最大热阻与3自由度几何参数的优化关联式.     

细水雾与K类火的相互作用

利用激光多普勒分析仪测量了不同压力下细水雾的粒径和速度, 利用ISO9705全尺寸热释放速率测试仪研究了细水雾与K类火的相互作用. 实验中测量了火焰熄灭时刻食用油内部温度T_fo, 同时利用能量平衡方程计算了火焰熄灭时T_fo的理论值, 发现计算值很好地验证了测量结果. 通过计算火羽流和细水雾的动量, 确定了细水雾熄灭K类火的临界雾滴速度v_wy. 研究表明, 细水雾具有较好的降温作用, 可快速扑救K类火, 抑制复燃, 为细水雾用于K类火灾防治提供了科学的参考依据.     

浅谈自动喷水灭火系统

自动喷水灭火系统同时具备了防火、控火、灭火的功能,是国际上公认的最为有效的自动灭火设施,是现代建筑防火技术的重要组成部分.文章简单对自动喷水灭火系统进行分析,对设计中常见问题进行讨论.     

基于(火积)损失最大的往复式热机最优构型

采用有限时间热力学理论和(火积)理论对一类存在热漏和高温热源热容有限的两热源热机进行研究.寻求模型符合牛顿传热定律时,系统在给定循环周期下系统熵产生最小和(火积)损失最大时的最优构型,并与系统输出功最大时的最优构型对比.分析结果表明:对于无限热容高温热源,热漏是否存在并不改变循环的最优构型;而对于有限热容高温热源,以系统熵产生最小和(火积)损失最大为目标的最优构型与以系统输出功最大为目标的最优构型不完全相同,无热漏时分别以熵产生最小、(火积)损失最大和输出功最大为目标的最优构型均相同,而存在热漏时分别以三者为目标时的最优构型各不相同.     

开口热力学系统的(火积)分析

(火积)是近年提出以描述热量传递能力的物理量.将(火积)的概念拓展应用于涉及做功的开口热力学过程的分析.定义了焓(火积)的概念,基于该定义发展了开口系统的(火积)平衡方程,并给出了开口热力学系统中的"(火积)损失"的概念.应用(火积)平衡方程,对空气标准循环进行了分析和讨论.研究表明,当工质吸收的热量来自燃料燃烧反应时,(火积)损失速率可以描述循环净输出功率的变化;当工质吸收的热量来自高温热流体加热时,则系统的最大(火积)损失速率和最小熵产速率均对应于循环的最大输出功率.因此,(火积)损失是一个可以描述空气标准循环性能的参数.     

对流和辐射边界条件下轧钢加热炉壁绝热层(火积)构形优化

基于绝热过程(火积)耗散极值原理,以耗散率最小为优化目标,在对流传热和辐射传热边界条件下,对轧钢加热炉壁平板绝热层进行构形优化,得到平板绝热层的最优构形.结果表明:对流传热边界条件时,(火积)耗散率最小的绝热层最优构形与热损失率最小的绝热层最优构形是明显不同的.(火积)耗散率最小的绝热层最优构形与热损失率最小的绝热层最优构形相比,(火积)耗散率降低了5.98%,从而使得其整体绝热性能得到提高.对流与辐射复合传热边界条件时,绝热层厚度线性增大的布置方式与等厚度绝热层和厚度线性减小的布置方式相比,绝热层(火积)耗散率分别降低了16.59%和39.72%,从而使得绝热层整体绝热性能大大提高.存在最佳常系数a2,opt使得绝热层无量纲(火积)耗散率取得最小值.绝热层最小无量纲(火积)耗散率和最大温度梯度最小值对应的最佳常系数a2,opt相差不大,这使得(火积)耗散率最小的绝热层最优构形对应的热应力也较小,从而在提高绝热层整体绝热性能的同时也有助于提高其热安全性.本文所得结果能从传热优化角度为绝热层的优化设计提供参考.     

水平管内非共沸混合物R50/R170两相流摩擦压降实验

开展了非共沸混合物R50/R170在管内径为4 mm的水平管内两相流摩擦压降实验研究.实验测量的压力范围为1.5~2.5 MPa,质量流率范围为99~255 kg m~(-2)s~(-1),干度范围为0~0.9,R50/R170混合物的初始浓度组分比(摩尔分数)分别为0.27:0.73,0.54:0.46和0.7:0.3.分析了质量流率、饱和压力、干度和浓度组分对摩擦压降的影响,结果表明浓度组分对摩擦压降的影响主要是由气相密度差异造成的.将所获得的实验数据与20个经典两相流摩擦压降关联式进行对比分析,得到Friedel的关联式对本实验数据预测最好,其平均绝对相对偏差为19.26%,且有87.45%的数据点在±30%的平均相对偏差范围内.     

周口店猿人遗址样品“元素碳”浓度及其应用于人类用火证据探究的可能性

元素碳(EC)是燃烧过程必然产生的富碳贫O-H-S-N物质, 穴居猿人长期用火必然在洞内相应地层遗留相当数量EC. 通过化学方法分离EC, 采用元素分析仪及自制系统测定碳含量. 20世纪30年代出土的炉床、近炉床灰烬展品样、第10层3个堆积物样等的EC浓度分别为43.74‰, 1.77‰, 3.88‰, 1.87‰和1.11‰; 洞外第10层相同层位样品以及第4, 7层样品EC浓度均比前者至少降低一个数量级. 上述结果表明: 第10层取样部位可能接近炉床; 更广范围取样, 可能获得与炉床相对应的EC高浓度区. EC测定研究为北京猿人用火新证据寻找带来新希望.     

用辩证的观点探索(火用)经济学基础理论

基于科学发展的辩证法,阐述了(火用)经济学理论结构,提出依赖于时间和空间的(火用)价值传递微分方程.该方程不仅能详细地描述(火用)价值传递信息,而且可满足(火用)经济学理论分析和实际应用的需要.(火用)传递方程和(火用)价值传递方程构成了(火用)分析和(火用)经济分析及优化的理论基础,代数方程仅是传递方程应用于系统或单元的特例.基于此,本文引入了关于(火用)、(火用)流及(火用)损计价的三个定理.     

穿孔丁胞与纵向涡复合H型翅片表面的酸冷凝和传热特性

酸冷凝速度是影响酸腐蚀的重要因素,降低酸冷凝速度能够有效地减轻壁面腐蚀,增强设备安全性.本文采用数值方法研究了换热器中翅片管的酸冷凝沉积特性和传热特性,在酸冷凝数值模型中,同时考虑气液平衡理论和多组分扩散影响.基于H型翅片椭圆管,提出3种新型翅片结构来增强传热和降低酸冷凝速度.通过研究相关参数(烟气温度、酸蒸气浓度、水蒸气浓度和雷诺数)对不同翅片表面的影响,结果表明,新型结构翅片管束能够有效提高传热和抑制酸冷凝的综合性能.     

孤立系统内传热过程的火积减原理

从热力学第一、第二定律出发, 基于熵的概念, 可以得出孤立系统的熵增原理和孤立系统、定温定容系统等的热平衡判据. 本文基于火积的概念, 得出了孤立系统内传热过程的火积减原理, 发现在孤立系统内的热量传递过程中, 火积总是减小的, 该原理可以视为热力学第二定律在传热过程中的一种表述. 本文还得到了孤立系统和封闭系统的热平衡判据, 即最小火积原理和最小自由火积原理, 发现孤立系统在达到热平衡时系统的火积最小, 而封闭系统在热平衡状态下自由火积最小. 这就表明, 在传热过程中, 火积和熵一样, 都可以作为时间之矢, 指出其发展方向; 而且, 火积也可以用于描述系统的平衡态.