不同侧壁高度油池火实验分析与模型建立

近年来中国兴建了很多浮顶油品储罐。当浮顶储罐内部液位较低时，罐体内部易积聚蒸气，火灾风险增大。一旦发生火灾易形成侧壁约束下的油池火，给油品储运安全造成严重威胁。该文采用石英玻璃材质的油盘，开展了不同侧壁高度(油盘侧壁上边缘到油品表面的垂直距离，h=3～50 cm)的正庚烷油池火实验，研究了侧壁高度对灾变过程和关键火灾参数(燃烧速率、火焰高度)的影响。实验结果表明：侧壁高度对整个燃烧过程影响明显，尤其是对初始阶段和稳定阶段。对于初始阶段，低侧壁油池火燃烧速率快速增加，但高侧壁油池火燃烧速率呈现先快速增加随后逐渐减小的趋势，这主要是由于火焰根部不断抬升进而远离油品表面造成的。对于稳定阶段，随侧壁高度的增加，燃烧速率呈现先减小后增大随后再减小的趋势。其中的先减小后增大趋势是由于火焰根部逐渐从油盘外进入油盘内造成的，而随后的再减小趋势主要是由于火焰根部不断抬升造成的。基于高侧壁稳定阶段的火焰形态，可将火焰划分为外部火焰和内部火焰。随侧壁高度的增加，外部火焰高度逐渐降低，内部火焰高度逐渐增加。基于量纲归一化分析，考虑侧壁高度和空气卷吸因素，引入油盘特征直径，建立了不同侧壁高度下的无量纲内部火焰高...     

油池火中细水雾强化火焰现象的研究

细水雾与油池火相互作用之初往往会使燃烧剧烈，强化火焰。实验研究与理论分析表明，雾滴在可燃物表面蒸发是造成这种现象的主要原因。通过改变燃料种类、喷头雾特性参数等实验工况发现火焰强化程度主要决定于燃料的挥发性以及雾滴的直径、速度等参数。而在油盆中加水后燃料表面温度降低、火焰功率下降，火焰强化现象随着加水量的增加而逐渐弱化乃至消失，细水雾系统的灭火时间也明显缩短。     

封闭空间池火火焰游走实验研究

火焰游走是在通风不足的受限空间中出现的一种特殊火行为.为探讨无开口空间池火能否出现游走火,在17.55m3无开口封闭空间内进行了庚烷池火实验.实验结果表明,燃料沸腾后无开口封闭空间出现了游走火现象;燃料沸腾产生大量可燃蒸气及卷吸到火焰区的氧气含量过低,导致空间内在燃料区以外较远的区域存在满足燃烧条件的蒸气浓度和氧气浓度是游走火出现的根本原因;油池位置高度越高,火焰游走距离越远,而游走火出现时间和持续时间与油池位置增加并非简单递增或递减关系.     

顶部不同开口尺寸腔室中油池火灾的发展过程

在项部开口腔室内开展庚烷油池火的燃烧实验,研究了开口尺寸对火灾发展过程的影响.实验使用了2种直径的油池和6种大小的水平开口,并测量了燃料质量损失速率、腔室内的气体温度分布以及火源根部附近的气体浓度变化过程.结果表明,根据火焰熄灭的原因,燃烧可分为缺氧熄灭模式和燃料耗尽熄灭模式.在缺氧熄灭模式下,顶部开口尺寸对燃料消耗率、质量损失速率和气体温度分布的影响较小；火灾进入燃料耗尽熄灭模式后,质量损失速率以及气体温度均随开口尺寸增大而增大.同时,随着开口的增大,火焰熄灭时的氧气浓度变大.在项部开口腔室火灾中,燃烧开始后,烟气在腔室内迅速沉降并充满整个腔室,“双区模型”不再适用.     

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.     

细水雾抑制熄灭障碍物油池火的有效性研究

传统水喷淋灭火系统很难扑救有障碍物遮挡的火焰。针对障碍物油池火进行了全尺寸细水雾灭火有效性的实验研究，深入了解障碍物存在时细水雾对油池火的抑制熄灭作用，同时研究了障碍物与火焰的相对位置、细水雾的工作压力、雾通量、喷头距火焰垂直距离及水平距离等关键因素对灭火有效性的影响，分析了障碍物存在时细水雾的灭火特性，揭示了实验中某些工况下不能扑灭火焰的原因，为细水雾的实际工程应用提供了科学的参考依据。     

细水雾扑灭B类火的全尺度实验

根据IMO有关测试规范的要求，进行了一系列全尺度动力机舱模拟灭火实验。实验中采用的是局部保护细水雾灭火系统，通过改变通风条件、预燃时间、喷雾方式及火焰功率等因素，考察了它们对系统灭火有效性的影响。实验结果表明，细水雾系统可有效扑灭动力机舱内设定的各种工况下的油池火和油雾火，与气体灭火系统相比，受通风条件影响小，能有效降低室内温度及CO、CO2浓度，因而系统工作期间消防人员和操作人员可安全进入。在油池火灭火实验中发现通过火焰冷却灭火时所需时间较短，而依靠燃料表面冷却灭火时则时间较长。此外研究结果还显示，采用侧喷方式时，系统的灭火性能将大大提高，而较长的预燃时间则有利于细水雾扑灭油雾火。     

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。     

多火源气体射流火动力学特性研究

文章采用试验与理论相结合的方法,研究了不同喷嘴直径、多火源喷嘴距离及热释放速率下的火焰高度和温度的演化规律;通过无量纲分析,在单火源火焰高度公式的基础上发展了多火源气体射流火的无量纲火焰高度和无量纲热释放速率之间的关系式;通过分析建立了空气卷吸系数、火焰高度和热释放速率之间的关系模型。研究结果表明:在喷嘴距离较小的情况下,火焰发生耦合,火焰高度明显增大;随着喷嘴距离增大,火焰的耦合行为逐渐减弱直至消失;在火焰底部,火焰温度较低,随着高度上升,火焰温度增大,当达到羽流区时,火焰温度随着高度增加而减小。     

复合型添加剂增强细水雾灭火性能研究

采用实验模拟研究了自制复合型添加剂对细水雾灭火性能的影响．重点考察了细水雾灭火有效性随添加剂浓度的变化规律．结果表明：复合型添加剂显著增强了细水雾的灭火性能，最大可缩短灭火时间5～8倍。并且随着细水雾中添加剂含量的不断增加，油池火的灭火时间呈现出先快速下降，尔后略微增长的趋势；而木垛火的灭火时间则表现为平缓下降，并趋于饱和．对应最短灭火时间，油池火的最佳添加剂灭火浓度约为临界胶束浓度（CMC）的2～3倍，木垛火的最佳添加剂灭火浓度为临界胶束浓度的（CMC）8～10倍．含添加剂细水雾扑灭火焰是物理化学复合作用机制，但主导灭火机理是燃料表面的冷却与隔离作用．并且对于油池火，添加剂灭火关键是表面活性剂在油面快速成膜．而对于木垛火，添加剂灭火关键是在表面覆盖较厚泡沫层．     

不同风速对聚氨酯保温板材水平顺风火蔓延特性的影响

利用聚氨酯保温板材燃烧实验平台和模拟环境风可调节风速的装置进行实验,研究了在6种不同风速环境影响下,聚氨酯保温板材(PU)水平顺风火蔓延的特性,获得了火焰前锋形态、火蔓延速率、质量损失速率以及燃烧率等重要特征参数。结果表明:随着风速的不断增大,火蔓延速率和质量损失速率也随之增大,而板材的燃烧率却呈现出先增大后减小的变化趋势。     

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.     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.     

圆中空夹层钢管混凝土短柱的承载力

针对圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力,应用薄壁圆筒的统一强度理论极限解,考虑内圆与外圆中空夹层钢管混凝土的内外钢管薄壁效应,提出了计算公式,与文献资料的试验结果做了比较.同时分析了钢管的径厚比、拉压强度比以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响规律.结果表明:把内外钢管看成薄壁圆筒,推导的极限承载力计算公式的计算值与试验值误差小;极限承载力随着径厚比及拉压强度比的增大而减小,随中间主应力的增大而增大.     

磨削速度和孔径比对砂轮强度与变形的影响分析

在弹性力学的基础上,建立了金属芯砂轮强度和变形的数学模型,探讨金属芯砂轮材质、内外径尺寸和磨削速度等参数对砂轮强度和变形的影响规律,得出砂轮的径向应力随着内孔与外圆半径尺寸比的增大而减小;圆周应力随着内孔与外圆半径尺寸比的增大而增大.径向位移的最大值随着内孔与外圆半径尺寸比的增大有一极小值.随着磨削速度的增大,钢制金属芯砂轮的圆周应力和径向位移的增大值高于铝合金制金属芯砂轮.     

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.     

正丁醇/正庚烷预混层流燃烧特性的试验研究

利用向外传播的球形火焰,试验研究了初始温度为393 K和初始压力为0.1 MPa时,当量比和正丁醇的掺混量对正丁醇/正庚烷掺混燃料的层流燃烧速度和火焰不稳定性的影响.试验结果表明:混合物的层流燃烧速度随当量比的增大先增大后减小,随正丁醇掺混量的增加逐渐增大;火焰不稳定性随当量比的增大而增加,低当量比时随正丁醇掺混量的增加逐渐增加,高当量比时随掺混量的增加逐渐减小,当量比1.1时火焰不稳定性受掺混量的影响不大.     

斜缝式变厚度环形振子径-扭复合振动特性仿真分析

采用有限元数值仿真方法对变厚度斜缝式环形振子的径-扭复合振动特性进行了研究;探讨了振子的共振频率及质点扭-径位移比与斜缝长度和斜角之间的关系;通过施加正弦载荷激励,得出了振子内表面质点的椭圆轨迹图.研究表明:斜缝式变厚度环形振子的第1阶共振频率随斜缝径向长度及斜角的增大而降低;而其质点扭-径位移比随斜缝径向长度及斜角的增大而增大;随着斜缝径向长度及斜角的增大,径向位移减小,而周向位移增加,模态分析与瞬态分析结果相一致.     

细水雾对障碍物挡板火灭火有效性的实验研究

在不同障碍物挡板阻隔条件下，就细水雾对油池火的灭火效果进行了实验研究，分析了不同空间位置的障碍物挡板对细水雾灭火效果的影响，采用FDS40对细水雾与不同类型障碍物挡板油池火的相互作用过程的模拟结果表明：障碍物结构与类型影响着细水雾直接作用于油池火上方的水雾通量，油池火上方的水雾卷吸量越大，细水雾对障碍火的灭火效果越明显。     

基于Python的CO2/O2氛围下柴油燃烧火焰特征分析

为分析柴油在CO2/O2氛围下燃烧的火焰特征,利用光学定容燃烧室测试并拍摄了6种不同工况下的柴油燃烧过程. 基于自编的Python代码对火焰图像进行后处理,提取出火焰浮起长度、红绿分量比、平均亮度、相关性系数、面积变化率和重叠率等特征参数并进行分析. 结果表明：在空气和CO2/O2氛围下,柴油火焰浮起长度和相关性均随燃烧进程先增大后减小再增大,平均亮度则先增大后减小,其在空气下和35% CO2+65% O2氛围下的峰值分别为210.75 px和138.89 px. 在火焰发展阶段,红绿分量比保持在0.8~1.2之间,而在火焰熄灭阶段,随着CO2浓度减小和O2浓度增大,红绿分量比有所减小. 与在空气下燃烧相比,柴油在CO2/O2氛围下的燃烧火焰形状更加细长,湍流现象更加明显,火焰浮起长度缩短,平均亮度下降.