锂离子电池热失控监测参数研究综述

锂离子电池因其能量密度高、自放电率低、循环寿命长、输出功率大等优点被广泛应用于储能领域,然而由于其不稳定性导致储能事故频发。从热失控-火灾蔓延角度出发,对热失控机理进行探究,基于产气成分及含量、膨胀力、表面温度、电压变化等热失控特征参数,对现有的磷酸铁锂体系电池早期预警(外部)方式进行综述,在此基础上,提出未来电池热失控早期预警(外置)的发展思路,为锂电池热失控早期监控及预警提供思路。

液氮抑制32650型磷酸铁锂电池组热失控传播特性试验研究

文章从磷酸铁锂电池组热失控危险特性出发,通过试验研究32650型磷酸铁锂电池单体热失控特征及其电池组间热失控传播过程。探究利用液氮喷淋阻断电池组间热失控传播,分析液氮对磷酸铁锂电池的防灭火效能。结果表明:单体锂电池热失控可划分为被动加热、安全阀泄压、自反应、喷射火、明火熄灭等5个阶段,单体电池温度变化曲线呈倒“V”形。液氮可有效阻断电池组间的热失控传播,能够大幅降低喷射火阶段的电池峰值温度。且喷淋时间越长,阻止电池组热失控传播越明显。30 s液氮喷淋条件下,除电池A1外,其他电池未进入安全阀泄压阶段。

电动汽车热失控危害性评测技术研究

随着电动汽车保有量的增加,动力电池热失控导致的着火事故时有发生,对热失控危险性进行评测是提升电动汽车安全性能的重要手段之一,而行业内尚未形成量化评估方法。针对上述问题,搭建了电动汽车整车燃烧试验平台,并开展了大量由热失控引发电动汽车火灾的模拟试验,提取了以下可用于电动汽车热失控危害性评测的参考指标与部分潜在指标:试验开始至动力电池热失控的时间间隔可作为电池故障预警有效性的指标;热失控至车辆起火的时间间隔与车内温度可作为乘员逃生安全性的指标;烟气体积分数超标时刻及其与起火时刻的关系可作为驾驶室毒气危害性的指标;车内可燃气体体积分数和车外热辐射强度可作为评估爆炸危险性和相邻车辆引燃风险性的指标。通过提出上述评价指标,为后续形成量化评估方法及相关标准提供参考。

融合知识图谱和案例推理的燃气应急辅助决策研究

燃气事故发生时,应急处置人员基于文本资料查询应急处置方案难以满足处置科学性与快速性的需求。为此,提出了一种融合知识图谱和案例推理的燃气应急辅助决策方法。将已有燃气事故案例文本资料以知识图谱的形式存储与表示,利用案例推理的属性相似度与关系相似度加权计算方法,根据事故目标案例与源案例的综合相似度,检索出最佳相似源案例作为现场处置人员应急处置决策的重要参考,并将新的案例与处置措施存储于燃气应急处置知识图谱库中,实现处置措施的知识更新。通过案例相似度权重分配、属性权重分配、属性相似度方法选取,以及案例验证等,验证了本文方法的合理性与有效性。

基于AnyLogic仿真的恐慌情景行人疏散研究

为了反映恐慌情景下行人疏散的变化规律,基于Anylogic软件进行仿真分析。通过引入情绪因子和信息因子,量化恐慌传播系数和信息传播系数,建立群体恐慌动力学模型,运用蒙特卡洛等方法进行群体心理的量化分析,划分恐慌程度等级为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级。运用该模型分析不同密度、不同恐慌等级下的恐慌人员疏散规律。研究结果表明:低密度情景下恐慌对疏散效率的影响较低,中、高密度情景下,适度恐慌可以降低疏散时间,超出临界范围会导致疏散的延缓。场景模拟可以看出,适度恐慌下人员疏散迅速有序,相反,过度恐慌下人员疏散缓慢混乱。

公路隧道地面效应对双火源火焰合并特性影响的试验研究

为研究自然通风隧道内发生双重火灾时地面效应对双火源火焰合并特性的影响,利用1:10小尺寸隧道模型开展了一系列试验。重点探究了双火源表面与隧道地面平齐时火源间距对火焰合并概率与火焰合并点高度的影响。结果表明:火灾烟气从隧道两端开口流出,由隧道两端补充进的新鲜空气产生的风速导致火源间距更大时火焰依然会发生互相倾斜,在间距足够大时,火焰倾斜角度约为10°。引入一个无量纲量表示火焰合并概率随着火源间距、热释放速率的改变而变化的规律。另外,将本文的试验数据与前人的工作做了比较,发现地面效应对隧道纵向布置的双火源火焰合并行为具有极大的促进作用。同时给出了火焰合并点高度与隧道高度的比值与改良后无量纲热释放速率的关系式。

深中沉管隧道火灾烟气流动与控制数值研究

为了研究采用横向联络排烟道结合侧壁排烟口新型排烟方式对沉管隧道火灾烟气流动的控制效果,以深圳-中山隧道为例,采用理论分析与计算流体力学相结合的方法,通过分析临界风速、烟气逆流长度和烟气分岔低温区域来研究烟气的流动特性。提出了沉管隧道火灾临界风速和烟气逆流长度的修正模型,同时还建立了烟气分岔流动低温区域长度的预测模型。结果表明,当无量纲热释放率小于0.139时,临界风速与无量纲火源热释放速率的1/3次方成正比。当纵向风速从1.5 m/s增加到4.0 m/s时,10、20、30、50 MW火灾时的峰值温度分别降低了35%、48%、46%和43%。在强纵向风速的作用下会发生烟气分岔现象,对隧道中心线和侧壁温度进行分析,得到了分岔流动低温区域长度预测模型,预测结果误差在10%以内。

隧道火灾临界风速模型的差异与适用性分析

临界风速是纵向通风隧道防排烟设计的重要指标,目前广泛采用的临界风速模型分为临界弗洛德数模型(世界道路协会PIARC推荐)和分段函数模型(美国消防协会NFPA推荐)两类,但两种公式的计算结果差异显著,给隧道防火设计造成了困扰。本文分析了PIARC公式和NFPA公式在不同火源功率、隧道宽度、隧道高度下计算临界风速的差异及成因,同时结合隧道火灾全尺寸试验、数值模拟对比了两种公式计算结果的控烟效果,并与已有的全尺寸和比尺模型试验数据比较论证了两公式的适用性。结果表明,受临界弗洛德数取值和均匀混合假定的制约,PIARC公式无法准确反映临界风速随火源功率的变化规律,公式计算结果明显偏小,且误差随着宽高比的增大而增大;而NFPA公式更加全面地考虑了火羽流状态与隧道断面尺寸之间的相对关系对临界风速的影响,计算结果具有更好的烟气控制效果,且与试验数据更为吻合;NFPA公式可以适用于大部分隧道断面和火源功率条件下的临界风速计算,而PIARC公式仅适用于断面宽高比较小(AR≤1)和火源功率较大(HRR≥15MW)时的临界风速计算。

城市浅埋隧道自然排烟竖井临界间距研究

竖井间距会改变竖井内外压差,当竖井内外压差为0时,隧道火灾烟气将无法排出,此时竖井对应位置为竖井临界间距。由竖井内外口压差理论分析,给出竖井临界间距理论模型,再采用FDS模拟进行仿真验证。结果表明:设置竖井可明显降低隧道温度,竖井间距为临界间距时,温度下降幅度接近150℃,人员疏散路径温度低于60℃,竖井排烟效率在55%~80%,可有效进行竖井排烟;当竖井间距大于竖井临界间距时,隧道内烟气压强小于竖井出口处风压,竖井排烟效率低于50%。

水分对消防灭火防护服织物系统辐射热防护性能的影响

现阶段消防灭火服热防护性能评估中,对水分影响的考虑不足。为研究水分在不同织物层中对其热防护性能的影响差异,在低热辐射暴露下,分别在外层、舒适层、外层与舒适层设置不同含水量水平,分别针对直接热暴露、包含热暴露与蓄热释放全程两种情形进行试验测评。研究发现,无论是直接热暴露还是综合考虑蓄热释放的作用,增加外层织物水分含量有利于提升多层织物整体热防护能力,且随着水分含量的增大而上升;舒适层织物润湿则会削弱多层织物整体热防护能力,提高舒适层的吸湿排汗能力,保持其干燥是保持灭火防护服热防护性能的手段之一。外层与舒适层同时润湿时,二者之间呈现交互影响,未来可进一步深入研究。

开敞空间氢气爆炸特性数值模拟研究

为研究开敞空间氢气爆炸危害,基于Fluent流体力学计算软件建立开敞氢气-空气爆炸的三维数值模型,在此基础上,模拟和分析了边长为0.5、1.0、2.0、3.0 m的立方体预混氢气-空气爆炸,并将数值模拟结果与TNO多能法和BST法的爆炸强度等级进行对比。结果表明,火焰传播距离约为初始氢气半径的2倍。爆炸最大压力出现位置的无量纲距离与气云初始半径近似成线性关系。TNO多能法和BST法爆炸强度等级的选择应根据气云初始尺寸的增大而增加。

城市交通隧道电动汽车火灾安全研究进展

城市电动汽车数量增加给城市交通隧道消防安全带来了新的挑战。论文首先归纳了隧道内电动车辆火灾研究的科学问题和关键技术问题,总结了电动汽车火灾成因及研究手段、火灾燃烧热特性、燃烧产物特性等领域的研究成果,分析了隧道狭长受限空间结构对电动汽车火灾发展过程的影响,探讨了城市交通隧道电动汽车火灾的消防救援。根据现行消防标准规范及隧道消防设计指南,讨论了应对电动汽车火灾交通隧道消防系统设计需要改进的要点。研究表明,新能源车火灾场景比燃油车火灾场景更复杂,主要表现在电池不稳定的喷射火源、持续时间、峰值热释放和峰值温度、汽车带电风险等方面。目前电动汽车火灾实体试验研究主要是在大空间或者开放空间中进行,隧道受限空间对电池燃烧特性影响、电动汽车火灾羽流特性以及有毒烟气蔓延及控制还缺乏系统性研究。研究成果能够为城市交通隧道的消防设计、安全运营以及应急救援预案制定提供参考。

不同充电条件下三元锂电池过充热失控研究

为了研究充电倍率以及充电倍率的调整方式对过充条件下三元锂电池热失控的影响,分别以0.5C、1.0C、1.5C充电倍率将锂电池过充至热失控。此外,以0.5C充至电池表面温度不再上升时,分别以0.5C和0.07C的幅度逐步调高充电倍率,直至发生热失控。结果表明:以0.5C过充时,在短时间内不会发生热失控;以1.0C和1.5C过充时,均会发生热失控,且1.5C下热失控所需时间更短,热失控的危害更大。相比于采用0.5C幅度提高充电倍率的调节方式,采用0.07C幅度的调节方式会显著提高临界充电倍率,从而降低热失控的风险;以0.07C逐步提高充电倍率的过程中存在一个拐点倍率,当充电倍率小于此拐点倍率时,充电倍率与其对应的峰值温度呈线性关系,而当充电倍率大于拐点倍率后,继续提高充电倍率会导致热失控;先以0.5C过充,而后提高充电倍率导致热失控,其热失控危害远低于1.0C和1.5C过充的危害。因此,应当在符合实际需求的前提下采取较低的充电倍率。如需增加充电倍率,采取缓慢增加的方式有助于降低电池发生热失控的风险。

密室逃脱类场所人员疏散影响因素研究

准确识别火灾等突发事件时影响密室逃脱类场所人员疏散的因素,并客观系统分析因素间的层次关系和重要程度,对密室逃脱类场所的应急疏散至关重要。基于密室逃脱类场所行业规范和现状,从人员、建筑结构、环境、消防管理4个维度提取了26个影响因素,采用AISM(对抗解释结构模型)及MICMAC(交叉影响矩阵相乘法)构建密室逃脱类场所人员疏散影响因素3级递阶结构模型,综合分析因素间作用关系,并分析因素与管理层、运营层、玩家层3类主体对应责任关系,然后联合ANP(网络层次分析法)确定各影响因素的权重和排序。结果表明:影响密室逃脱类场所人员疏散的深层根本因素主要为制度与规程编制完备性、密室剧情类型、空间组合形式、空间嵌套层数等,其可通过驱动密室场所经营位置、门锁联动性、空间内部昏暗度、道具种类与数量、NPC(非玩家角色)疏散引导能力等中层特性影响因素优化,规范消防设施完备性、应急预案编制情况、安全教育与培训情况等关键共性影响因素,最终提升玩家应急疏散能力。

新型高效无氟泡沫灭火剂的制备及其性能表征

提出了一种由黄原胶、纳米二氧化硅颗粒和复配表面活性剂组成的新型环保型泡沫灭火剂,用于迅速扑灭易燃液体火灾。利用荧光分光光度计、液滴形状分析仪、润滑油抗泡沫特性测试仪以及双目透射偏光显微镜等试验研究了泡沫灭火剂的表面性能、聚集特性和发泡行为。结果表明,黄原胶以及二氧化硅纳米颗粒的加入使得10 min之内的泡沫稳定性保持在85%以上。通过泡沫性能测试,配比出最优异的泡沫性能,初始泡沫体积为905 mL,25%排水时间为300 s,10 min之内的排水量为105 mL,显著提升了泡沫的起泡性能和泡沫稳定性。随后使用该配方进行小型灭火试验,灭火时间为18 s,抗烧时间为650 s。

“大应急”框架下应急救援综合性人才培养模式研究

为满足大应急框架下对综合性应急救援人才的要求,从深化应急基础理论知识体系、加强应急实践技能培养、推进综合素质提升3个方面,提出应急救援专业综合性人才培养模式。首先基于应急救援的预防、准备、响应和恢复等4阶段全周期过程,以应急管理和应急技术为两轴,构建立体化的应急基础理论知识体系;然后以学校为主导,发挥实训基地专业优势,强化全灾种应急救援技能培养;最后搭建“政产学研用”五位一体协同实践育人模式,提升应急救援人才综合素质,以满足面向多主体的需求,包含应急管理能力、应急技术应用能力、应急创新实践能力等。结合大应急的工作内容和实际应用探索大应急框架下应急救援综合性人才育人模式,可以建立人才培养与实务工作需求之间的紧密联系,为培养适应全灾种、覆盖全周期、面向多主体的应急救援高层次应用型人才提供支持。

水喷雾对隧道遮挡火灭火性能及顶棚温度的影响

水喷雾系统作为一种有效的火灾扑救设施,被广泛应用于隧道等场所中。本研究基于1:8的缩尺寸双层隧道火灾试验平台(36 m长、单层隧道净高0.58 m),在该模型的下层隧道空间内开展了水喷雾试验,探究了水喷雾系统工作压力、开启时间、喷淋区段和开启组数等因素对火灾控制效果的影响。研究结果表明,水雾与火焰作用过程中火焰强化和燃烧抑制作用共同存在,燃烧抑制作用随着水喷雾压力的增加而增强,喷水压强超过0.30 MPa后燃烧抑制起主导作用;火源熄灭时间随着水喷雾区段的增加而缩短;越早启动水喷雾系统,越能迅速有效地将火场温度控制在较低水平,较晚开启水喷雾,高温汽化产生大量水蒸气,对燃烧产生阻隔作用,减弱火势的增长,同时水喷雾区段作用范围对隧道火灾烟气温度分布具有显著影响。

森林消防救援起降点选择影响因素分析

为提高森林消防救援效率,针对森林消防救援的起降点选择,提出了一种改进DEMATEL-ISM法,对其影响因素进行深入分析。首先基于扎根理论建立面向森林消防救援起降点选择的影响因素体系,然后引入模糊集理论消除DEMATEL-ISM法中专家评分的主观性,通过分析起降点选择的影响因素间因果属性和影响程度,确定关键因素,通过合理设置阈值构建多级递阶结构模型。通过案例分析,得到了影响森林消防救援的5个关键因素、3个根本因素、3个直接因素以及10个间接因素,并提出起降点选择的相关建议。该研究成果可以加快林火救援时起降点选择的决策速度,提高森林消防救援效率,为起降点的选择提供理论依据和科学参考。

强火源下难燃电缆烟气特性及吸附探测可行性研究

难燃电缆因含有卤素元素,烟气具有毒性,火灾危害性大,准确探测是发现并控制事故的关键。本文采用JCY-2型建筑材料烟密度仪开展了YJV型难燃电缆强火源引燃试验,测试吸附材料吸附20、50、100 s时电缆外护套产生烟气的烟密度,并拍摄吸附材料电镜图像,运用ImageJ软件处理并分析吸附材料表面灰度和吸附颗粒特性,进而探讨加装吸附材料对提高现有光电感烟探测器探测准确率的可行性。结果表明:电缆燃烧过程中处于不良通风条件的时间越长,烟密度峰值越低,吸附材料表面灰度越高;吸附材料能有效吸附富集烟气颗粒,烟气颗粒随吸附时间变化呈现表面附着、网状附着、环状附着的变化规律;吸附材料网线纤维直径小于9μm能实现较好的吸附效果。研究成果为风流环境电缆火灾预警和探测及线缆火灾调查提供了新思路。

玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂防火隔板湿热老化特性

为了研究玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂防火隔板湿热老化特性,结合电缆隧道内实际温湿环境和加速老化模型对防火隔板进行等效湿热老化处理。通过扫描电镜试验、热重试验、氧指数试验以及冲击强度试验检测了试样的微观形貌、热稳定性、燃烧性能和机械性能。结果表明,老化1周期后试样表面析出白色粉状物、老化3周期后断面出现明显裂痕;微观形貌图显示老化2周期后试样中的树脂从玻璃纤维上脱落,老化5周期后大量玻璃纤维裸露在外。试样质量损失率峰值最终升高45%,冲击强度最终下降41.6%,抗弯强度最终降低47.3%,吸水抗弯强度最终下降42.5%,表明湿热老化后试样热稳定性及机械性能出现明显下降。试样氧指数最终提高28.7%;烟密度等级均满足技术规范标准。上述两项检测无法作为判断湿热老化后防火隔板性能劣化的指标。