初始线性火源的秸秆火焰蔓延及燃烧特性实验

秸秆是引起山火的常见典型可燃物之一。为了有效预防由秸秆火灾引起的大规模山火,有必要对秸秆燃烧过程进行深入研究。文章开展了直径为1 m、宽度从10 cm到60 cm的初始线性火源的秸秆燃烧实验。对比分析了不同工况下的火焰蔓延扩散过程,并对秸秆的质量损失速率、火焰温度等燃烧特性进行了分析。结果表明：秸秆燃烧过程呈现匀速蔓延的特点,蔓延速率与秸秆宽度成正相关关系;火焰前锋在宽度较窄时呈现凹形形状,在宽度较宽时呈现凸形形状。建立了秸秆的质量损失速率与火焰前锋横纵比的定量模型;火焰温度呈现“快速升高-缓慢降低”的趋势,秸秆表面温度超过500 ℃。研究结论有助于评估由秸秆燃烧造成的火灾危险程度。     

自由空间木垛火蔓延速率及质量燃烧速率模型

从能量守恒方程出发,推导自由空间木垛火蔓延速率及质量燃烧速率方程,进一步得到木垛中热流密度的表达式．从而只需测得火焰温度就能通过模型求得木垛火蔓延速率及质量燃烧速率,并通过实验证明模型预测结果基本与实验结果相符．     

直线运动火源扩散火焰结构特征的试验研究

运动火源燃烧引起的空气湍动受火源运动和燃烧双重影响,导致其火焰结构变得更加复杂。采用数字摄像系统,对风洞中直线运动蜡烛火源的扩散燃烧过程进行了拍摄。运用图像对比和一阶Robert算子边缘检测,对火焰结构的静态特征和动态特征进行了分析,以探究直线运动火源扩散火焰结构特征,及其与绝对静止扩散火焰结构的内在物理本质区别。研究结果表明:风洞内做直线运动的蜡烛在火源燃烧的过程中,蜡烛运动速度会对流动、传热和燃烧产生明显影响,从而引起火焰形状、边缘和面积均发生规律性变化。通过对火源相对静止和绝对静止的对比发现:火源运动与外界风速引起的火焰面形态变化不是完全等效的,即移动火源与静止火源燃烧产生的火焰结构存在差异,采用相对运动概念来分析移动火源扩散火焰结构特征,可能与实际情况不吻合。     

背板对聚甲基丙烯酸甲酯向下火蔓延的影响

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是主要的建筑装饰材料之一,一旦被点燃可能会导致严重的火灾事故。目前针对背板对PMMA向下火蔓延影响的实验研究较少。该文利用自主设计搭建的实验装置研究了背板对2mm和5mm厚PMMA向下火蔓延的影响。实验结果表明：背板对固体可燃物向下火蔓延存在抑制作用,具体表现为更大的热解前缘角度及更小的平均火焰高度、质量损失速率和火蔓延速率,该抑制作用在2mm厚度PMMA上更加明显。基于有无背板工况下的传热模型,结合燃烧稳定阶段样品热解区域形态参数,对质量损失速率及接收总热量反馈预测值大小进行对比,发现背板的存在会导致样品接收总热量反馈减少,进而导致更小的质量损失速率和火蔓延速率。     

顺风条件下木材表面火蔓延特性的实验研究

通过模拟实验方法研究了顺风条件下木材表面的火蔓延特性；连续观察和记录了木材表面的火蔓延行为，并利用温度示踪技术连续考察和分析了木材表面的火蔓延过程；分析讨论了木材在顺流条件下的火蔓延机理．同时，测量获取了不同木材表面在不同来流条件下的温度和火蔓延速率，为建立相应模型提供实验依据．     

直线运动下移动火源扩散火焰的分形结构特征

由高速摄像仪获得移动火源在匀加速直线运动下的火焰图像序列,利用图像处理技术和分形理论,研究其分形结构特征.结果表明:处于匀加速直线运动状态下的移动火源扩散火焰具有分形维数特征,同一加速度下的分形维数随速度增大而增加,当移动火源运动速度达到一定值以后,火焰的分形维数增大的幅度变缓慢;加速度较大的移动火源扩散火焰的分形维数随火源运动速度上升的趋势较快,影响火焰锋面的褶皱和扭曲;移动火源与静止火源有一定的区别,可通过对比两者火焰的分形维数特征来加以识别.     

改进的输电线路山火蔓延模型及应用

本文结合山火的行为特性、Rothermel山火蔓延模型,并结合相关地理位置信息,建立了一套改进的输电线路山火蔓延模型,应用到实际的监测系统中,提供火警预警信息并保障输电线路运行。     

移动扩散燃烧火焰的实验及数值模拟

在不同工况下对直线运动下的扩散燃烧火焰进行了实验,并运用Fluent软件进行数值模拟对比分析.结果表明:火源自身的运动对燃烧火焰影响较大,风速为0 m/s时,火焰向火源运动的相反方向倾斜,火焰偏角随火源速度的增加而增大,当火源速度为0.36、0.44、0.55 m/s时,火焰偏角分别为36°、47°和60°;相对速度相同时,风作用和车运动下火焰向同一方向偏转,但火焰形态差异明显;由于绝对静止比相对静止的火焰散热快,故绝对静止火焰的燃烧温度更低;与绝对静止工况下的火焰相比,相对静止下的火焰形态发生偏移,方向与火源运动方向相反,且燃烧温度更高.由于内在影响和火焰形态都截然不同,故移动扩散燃烧火焰不能用相对运动的概念来简单分析.     

不同初始质量小尺度松木燃烧特性实验研究

近年来,世界范围内森林火灾事故频发,造成了极大的人员伤亡和财产损失。目前对于木材堆垛燃烧特征的理论及模型研究较为缺乏。本文以典型松木材料为对象,开展了不同初始质量的小尺度松木燃烧特性实验,研究了松木的质量损失速率、火焰温度等燃烧特征。结果表明：松木的剩余质量和质量损失速率都呈现“缓慢下降—迅速降低—逐渐平缓”的趋势;在松木燃烧初期,相同时间内松木质量和损失速率呈反比;在松木燃烧中后期,松木质量和质量损失速率呈正比关系;松木燃烧初期的热释放速率增长趋势为t2^火的定量数学模型;同一工况下热电偶到火源距离与热电偶的温度峰值和波动程度呈反比,且温度峰值的出现时间和波动程度大致相同。     

金属氧化物对镁粉尘层火蔓延的增强机制

易分解的固体惰化剂会增加镁粉尘层的燃烧强度,为探究不易分解的金属氧化物对镁粉尘层燃烧是否具有抑制效应,选用TiO₂,MgO,CaO进行实验研究.结果表明：TiO₂,MgO,CaO在质量分数小于75%时均大幅增强镁粉尘层火蔓延的燃烧强度,火焰相态由纯镁粉尘层燃烧时的表面非均相燃烧转变为气相燃烧;TiO₂通过与镁粉发生化学反应增强火蔓延行为,在TiO₂和Mg恰好完全反应(TiO₂质量分数为63%)的工况下粉尘层火蔓延速率增加了50余倍;MgO,CaO通过增大镁粉颗粒间距,减缓了镁粉燃烧产物形成致密氧化层,从而增强镁粉尘层火蔓延行为.实际生产过程应高度关注镁粉尘与金属氧化物的接触工况,研究结果能够为镁粉尘防护提供理论基础.     

外加电磁场对火焰结构及燃料燃烧特性的影响

燃料在电、磁场作用下的燃烧是一个新的跨学科性质的研究课题.它涉及磁流体发电、空间技术中电磁燃烧技术的应用以及能源与动力工程中能量转换与效率.本文从实验和理论两个方面,扼要地报导了碳氢燃料在外加磁场、电场影响下的火焰结构及其燃烧特性.把近年来我研究小组的主要研究结果汇总发表.     

甲烷、煤尘复合体系燃烧特性及火焰结构的实验研究

利用高速摄像机、超细热电偶、离子电流探针、光电二极管等对管道内甲烷、煤尘复合体系中传播火焰进行了实验研究，对火焰传播特征和火焰结构进行了分析．结果表明，甲烷、煤尘复合体系中初期的火焰主要由甲烷空气的气相火焰构成，随着传播过程的进行，煤粒逐步开始参与燃烧，形成甲烷、煤尘的复合火焰．复合火焰中，煤粒热解和燃烧过程持续时间较长，火焰区域在传播过程中不断被拉长，火焰在较大的区域存在．甲烷、煤尘复合火焰的预热区厚度大约为2.57cm，预热区的后面是化学反应区，在这个区域中，化学反应强度迅速上升，温度也随着迅速升高，同时发出较强的光．对甲烷、煤尘复合体系火焰传播过程进行研究，可以为防止煤矿井下瓦斯、煤尘爆炸提供理论基础和技术支持.     

锅炉的燃烧分析及火焰检测系统

以煤粉燃烧为例分析了炉膛中火焰的燃烧状态,说明了炉膛火焰检测系统在炉膛安全生产中的重要性.介绍了红外火焰检测装置的原理结构及其火焰信号处理器的改进措施.     

油页岩半焦与玉米秸秆混合燃烧特性研究

在空气气氛下利用TGA/DSC1型同步热分析仪进行了桦甸油页岩半焦与玉米秸秆的混烧实验。研究了升温速率和质量比对燃烧特性参数的影响;并与单一油页岩半焦的燃烧特性进行比较。结果表明:混合样品的挥发分初析温度和着火温度远低于油页岩半焦,但略高于玉米秸秆;随着升温速率的提高,混合样品挥发分初析温度和着火温度逐渐提高。升温速率一定时,随着玉米秸秆质量比增大,燃烧过程呈现向低温区迁移的趋势;并且低温段曲线峰值高,挥发分释放剧烈,改善了混合物燃烧特性。玉米秸秆质量比大于10%时,混合样品的各项燃烧特性指标也增大。采用相互影响指数RMS和MR值评价混烧过程的相互影响,研究表明相互影响作用主要发生在第二、第三和第四阶段,第二、第三阶段为有利影响,第四阶段为不利影响。当半焦与玉米秸秆质量比为7:3时,其相互影响最大且均为有利影响。应用KAS模型,分析了混合物燃烧动力学,结果表明,随着反应进行,活化能总体呈上升趋势,与TG-DTG曲线变化规律一致。研究结果可以为油页岩半焦与玉米秸秆的高效燃烧提供参考。     

以乙醇为燃料的斯特林发动机燃烧火焰特性分析

斯特林发动机的燃烧特性直接影响到整机性能.采用可视化试验台架,利用高速摄影机拍摄以乙醇为燃料的斯特林发动机燃烧火焰图片,分析了乙醇燃料引射式燃烧的火焰脉动和形态的特点;根据燃烧方式与火焰RGB值的对应关系,分析了引射空气量的变化对斯特林发动机燃烧方式的影响.结果表明,加入适量引射空气可提高火焰的稳定性,降低火焰长度,增大火焰张角,使燃烧室火焰充满度提高,并且乙醇火焰燃烧方式转变为半预混合、半扩散式.     

低旋流CH_4/H_2火焰的燃烧特性及稳定性机制研究

为了研究低旋流CH_4/H_2火焰在不同H_2占比(体积分数)条件下的燃烧特性及稳定机制,对当量比为0.7的CH_4/H_2预混气体进行了数值模拟,分析了CH_4/H_2火焰的自相似特性、流场结构及火焰特性,研究了旋流数对富氢燃料回火性的影响。结果表明:随H_2占比增加,CH_4/H_2火焰仍保持自相似特性,其剪切层强度逐渐增加,内剪切层逐渐向中心低速区移动,火焰锋面逐渐向喷嘴移动,火焰形状由碗型逐渐变为W型,最后变为V型,而轴向、径向速度延伸率以及虚拟原点几乎不受H_2占比影响。在H_2占比从80%增加到95%时,燃料的层流火焰速度变化较大,使得流场结构和火焰锋面位置发生剧烈变化。对于中心低速区的CH_4/H_2火焰,当火焰传播速度等于当地气流速度时,火焰稳定;对于内剪切层区的CH_4/H_2火焰,速度梯度产生的旋流使得当地气流产生向下和向中心低速区移动的趋势,从而火焰产生向上移动的趋势,实现火焰稳定。适当减小旋流数,有利于减小富氢燃料回火发生的可能性。     

基于数字图像和SDBP的预混火焰燃烧状态识别

利用数字图像处理技术和最速下降反传算法（SDBP）网络对预混火焰的燃烧状态识别技术进行了研究。针对本生灯的层流预混火焰,利用视频采集卡记录火焰图像,通过数字图像处理得到火焰的位置、形状信息。利用光电池记录火焰的辐射强度信息。将典型的火焰燃烧状态如稳定燃烧状态、回火状态以及脱火等状态的位置、强度信息作为改进后的SDBP人工神经网络的输入信息进行训练,训练好的SDBP网络接受火焰特征的输入信息,就可以识别火焰燃烧的状态。实验结果表明：该神经网络可以判断出当前火焰的燃烧状态。     

垂直管道中锆粉云火焰传播速度特性及锆颗粒群燃烧模型

在粉尘云瞬态火焰实验系统上开展实验研究,揭示了垂直管道中锆金属云的火焰传播速度特性并建立了垂直管道中向上运动的锆颗粒群燃烧模型. 研究结果表明,锆颗粒的燃烧产物二氧化锆颗粒具有单斜和四方两种晶相. 管道中的锆粉云浓度高低可根据火焰锋面形状进行初始判断. 垂直管道中锆粉云的最大火焰传播速度随锆粉云浓度的增加先增大后减小,这是由于管道中富燃料燃烧缺氧和未燃颗粒吸收体系热能而造成. 锆粉云浓度为0.625 kg/m3时,管道中出现最快火焰的传播速度可达39.7 m/s. 在锆颗粒群燃烧模型中将颗粒燃烧过程分为4个阶段. 从宏观现象和微观机理上对锆粉云在垂直管道中的火焰传播过程进行了表征.      

纯相CaAl4O7∶Tb3+(Sm3+)的自蔓延燃烧合成及光致发光特性#br#

用自蔓延燃烧合成(SPCS)技术制备CaAl₄O₇∶Tb³⁺和CaAl₄O₇∶Sm³⁺两种荧光材料, 并通过X射线衍射(XRD)、 Fourier变换红外光谱(FT-IR)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见漫反射谱(UV-Vis DRS)等方法考察两种荧光材料的结构、 形貌及光吸收性质. 结果表明: SPCS技术可显著降低合成温度; 样品的结晶度较好, Tb³⁺和Sm³⁺掺杂后, 未改变CaAl₄O₇的单斜晶系结构与空间群特征, 但使晶格轻微畸变且使其吸收主峰和吸收带边红移; CaAl₄O₇∶Tb³⁺和CaAl₄O₇∶Sm³⁺分别发射特征绿光和粉红光, 其激发光谱和发射光谱均呈较精细的结构特征.     

基于IAEPSO-IAWNN的高温低氧燃烧火焰稳定性识别

在对高温低氧燃烧条件下的煤粉火焰图像分析的基础上,提出了利用改进的自适应逃逸微粒群算法训练的改进的自适应小波神经网络对燃烧火焰的稳定性进行实时识别的算法.计算结果与实验数据基本吻合,说明该方法是可行的,可以用它对高温低氧技术下的燃烧稳定性进行识别.