掺氢天然气在综合管廊中泄漏扩散的数值研究

为研究掺氢天然气管道在管廊内泄漏后的扩散特性,采用CFD建立三维管廊内管道泄漏的数值模型,分析不同掺氢比下,掺氢天然气在管廊内的扩散特性。研究结果表明:掺氢比越大气体纵向扩散距离越大,射流区域左侧涡流的纵向长度越大,同时监测点报警时间也逐渐提前,且泄漏孔上方近顶棚处气体的射流速度随着掺氢比的增大而减小,但气体体积分数随着掺氢比的增大而增大。当掺氢比较高时,泄漏后流场的不稳定性增加且甲烷和氢气的分层现象更加明显。研究结果可为综合管廊内掺氢天然气的输运安全提供参考。

改进7N喷头阻隔CO扩散有效性的模拟研究

为弥补常规组合式喷头存在的挡烟空隙不足,在普通7N喷头的基础上改进,设计出一种侧喷式7N喷头,并开展了数值模拟研究。通过对比下游截面处CO总质量通量、流场分布以及温度的变化情况,验证了改进喷头挡烟的有效性。在此基础上,分析了改进喷头在不同火源功率、流量、粒径下的作用效果。结果表明,普通喷头形成的雾幕能够有效降低通道温度,但并不能阻隔CO的扩散。在同样条件下,改进后的雾幕能够有效抑制CO蔓延,降温能力也有所提高,且其作用效果随喷头流量的增大更加显著。在流量为11.42 L/min时,下游CO质量通量及最高温度较改进前分别降低了71.64%、30.05%;即使火源功率增大至5 MW,改进后的雾幕仍能有效限制CO扩散;总体来看,粒径对CO的阻挡影响并不明显,对2 MW火灾的降温效果也在粒径200 m时达到最佳。

排烟口朝向与挡烟垂壁对地铁站台排烟效果的影响

为提高地铁站台的排烟效果,采用数值模拟方法,对地铁站不同排烟口朝向的机械排烟系统排烟效果进行分析,并进一步对比挡烟垂壁高度对排烟效果影响。研究结果表明:排烟口朝向不是影响烟气控制效果的主要因素,顶面排烟的排烟效果最佳,其总排热量是底面排烟的1.32倍,总排烟量是底面排烟的1.19倍;并通过分析3种排烟系统吸入烟气的方式和温度解释排烟效果产生差异的原因;增设挡烟垂壁可起到良好的控烟效果,当挡烟垂壁下沿高度分别降低至3.5,3.0,2.5 m时,顶面排烟,侧面排烟和底面排烟能够将烟气控制在起火防烟分区;挡烟垂壁与机械排烟系统具有协同作用,设置挡烟垂壁可以有效改善排烟效果,因此建议采用排烟管道顶面开口的排烟方式,并可通过设置一定高度的挡烟垂壁提高现有排烟系统的排烟效果。研究结果可为地铁站台排烟系统设计提供参考与借鉴。

超细水雾熄灭甲烷火焰的临界灭火质量浓度

利用发展的临界灭火质量浓度预测模型,分别在1600K和1700K两种燃烧极限温度下对超细水雾和水蒸气的临界灭火质量浓度进行计算,并采用FLUENT软件开展具有详细化学反应的数值模拟.模型采用1600K得出的理论结果与模拟结果、前人实验结果均较为接近;通过对比理论结果与模拟结果,发现超细水雾冷却在灭火作用中的效果稍高于水蒸气,但却远低于水;模拟发现在火焰温度降低到1600K以下时,才可实现稳定灭火,这对于消防工程中火焰熄灭温度的选取具有一定理论指导作用.

全氟三乙胺和全氟己酮混合气体的灭火效果研究

全氟己酮是一种新型的哈龙替代灭火介质,但是研究人员发现全氟己酮在低浓度时具有助燃效果,未通过美国联邦航空局气溶胶爆炸实验(FAA-ACT)。为抑制全氟己酮的助燃效果,采用混合气体的方法,引入全氟三乙胺作为全氟己酮的协同灭火介质。首先利用杯式燃烧器研究不同浓度全氟己酮作用下的火焰高度、火焰宽度,并获取其临界灭火浓度;以火焰高度和火焰宽度作为助燃现象的判据,实验结果表明全氟己酮浓度为3.00%(占氧化剂体积分数,下同)左右时助燃现象最为显著,临界灭火浓度为5.80%。为研究全氟三乙胺抑制全氟己酮助燃现象的效果,在保持全氟己酮浓度3.00%不变的条件下,逐渐增加全氟三乙胺的浓度,获取火焰高度、火焰脉动频率和混合气体的临界灭火浓度变化趋势;结果表明全氟三乙胺对全氟己酮的助燃现象有抑制作用,且预测全氟三乙胺单独作用下的临界灭火浓度约为4.86%。全氟己酮和全氟三乙胺的混合灭火气体中,全氟三乙胺占灭火剂体积分数超过10.00%后,全氟己酮和全氟三乙胺具有较好的协同灭火效果。

典型超细干粉与惰性气体的协同灭火效果研究

粉体灭火技术中惰性气体常常作为驱动气体,为改进粉体灭火技术,探究惰性气体与粉体之间的协同灭火作用,应用改进的杯式燃烧器,测试超细KHCO_(3)、超细KH_(2)PO_(4)、超细磷酸铵盐ABC等典型干粉熄灭甲烷火的灭火能力;选用超细KHCO_(3)干粉和超细磷酸铵盐ABC干粉作为研究对象,并选择CO_(2)、N_(2)、He、Ar惰性气体灭火剂,分析气固协同灭火效果。结果表明:灭火能力顺序为超细KHCO_(3)>超细磷酸铵盐ABC干粉>超细KH_(2)PO_(4);超细ABC干粉与4种惰性气体之间具有较好的气固协同灭火效果,协同因子峰值分别为0.47、0.53、0.54和0.51,对应的气体体积分数约为5.5%、5.9%、8.7%和14.4%;而KHCO_(3)干粉与4种惰性气体的协同灭火效果不明显。

细水雾与油雾火焰相互作用的实验及数值模拟研究

开展了细水雾抑制熄灭燃油油雾火的实验研究,并在试验研究的基础上,利用大型计算流体力学商业软件模拟研究细水雾与油雾火焰的相互作用。研究表明,细水雾熄灭油雾火的机理是降低可燃物与氧气混合浓度比和动力学效应、火焰冷却与衰减热辐射。在细水雾与油雾火焰相互作用动态过程中模拟计算与实验有一定程度的吻合;模拟计算表明细水雾有效灭火的前提是快速穿透火焰。

FAHP优化及其在图书馆灭火系统选型中的应用

在综合了几种模糊层次分析法的基础上,提出了基于不同自信度的模糊判断矩阵评价标准,并在此基础上建立了科学的多层次多目标的优选模型。并将该方法运用到图书馆灭火系统选择的实例中,结果表明该方法可以快速准确地求取判断矩阵的权重,适用于消防系统选型的多目标决策。

KHCO_(3)粉体与典型气体灭火剂的协同灭火

为改进粉体灭火技术,探究惰性气体与粉体之间的协同灭火机理,选用碱金属化合物KHCO_(3)超细粉体为研究对象,基于杯式燃烧器装置开展气固协同灭火实验,实验结果表明:KHCO_(3)超细粉体熄灭甲烷火的临界灭火浓度为7.74 g/m^(3),在CO_(2)、N_(2)、He、Ar作用下,KHCO_(3)超细粉体的灭火性能得到提高,分别在气体体积分数为13%、20%、10%、18%处达到正协同效应的峰值,协同因子分别为0.84、0.85、0.88、0.74。结合CHEMKIN软件分析在不同浓度KHCO_(3)条件下,Ar体积分数对自由基浓度变化的影响,结果表明,Ar与KHCO_(3)粉体共同作用能够显著降低火焰中H和OH自由基浓度,且抑制效果随Ar浓度的增加而增加,具有较为显著的协同效果。

全氟三乙胺热解机理的实验与理论研究

氟胺类物质是最有希望作为哈龙替代品的含氮化合物之一,全氟三乙胺作为典型的氟胺类物质具有良好的灭火效果。为研究全氟三乙胺热解机理,在管式加热炉内对全氟三乙胺进行热分解,通过GC-MS分析全氟三乙胺在不同温度条件下的热解产物,并用Gaussian软件对其热解反应路径进行理论计算。结果表明:保持停留时间为10 s,全氟三乙胺的初始热解温度为600℃,750℃完全热解,热解产物有C_(4)F_(9)N、C_(3)F_(7)N、C_(2)F_(6)和C_(3)F_(8),热解温度较低时C_(4)F_(9)N体积分数最大,热解温度较高时C_(3)F_(7)N体积分数最大。在全氟三乙胺热解反应路径计算中,全氟三乙胺分子中的C—C键断裂后存在1条反应路径,可生成实验产物中的C_(3)F_(8);全氟三乙胺分子的C—N键断裂后存在3条反应路径,可生成实验产物中的C_(3)F_(7)N、C_(4)F_(9)N和C_(2)F_(6)。全氟三乙胺热解后产生的CF_(3)自由基可与H、OH自由基发生反应,从而产生灭火作用。此外,其热解产物C_(4)F_(9)N和C_(3)F_(7)N具有C N双键,更容易与燃烧活泼自由基·OH、·H发生化学作用,对研究全氟三乙胺的灭火机理具有十分重要的意义。

Ⅱ型碘吸附器内阴燃的数值模拟研究

利用Comsol分析软件,研究了不同入口风速对Ⅱ型碘吸附器阴燃的影响、多孔介质内部速度场分布特点以及热导率对阴燃的影响,得到碘吸附器内温度分布及温度场随时间的变化情况。吸附器实物尺寸为长0.76 m×宽0.64 m×高0.16m,单层活性炭填料层厚0.051 m。结果表明,活性炭填充层气流分布非常不均,将影响活性炭利用率;2 m·s-1左右的风速更利于阴燃火焰传播和发展;热导率Kp高于0.10 W/(m·K)时阴燃火焰便较难传播。

DMMP对惰性气体及全氟己酮临界灭火浓度的影响

甲基膦酸二甲酯(Dimethyl Methylphosphonate,DMMP)是一种高效的阻燃剂,但是DMMP直接与气相火焰相互作用时,却反而具有助燃效果。研究人员还发现,低浓度的DMMP可以显著提高CO2的灭火效果,DMMP与CO2具有协同灭火效果。为提高现有灭火技术的灭火效果,利用DMMP作为添加剂,研究DMMP对典型灭火介质临界灭火浓度的影响。首先在杯式燃烧器中开展了DMMP与同轴扩散火焰的相互作用实验,获取了火焰高度、火焰宽度等火焰特征参数,分析了DMMP作用下的火焰燃烧强化现象;然后开展了DMMP对N2、Ar、He、全氟己酮4种灭火介质灭火效果的影响实验,获取了混合气体的临界灭火浓度,研究了DMMP与典型灭火介质的协同灭火效果。实验结果表明:DMMP具有助燃作用,添加DMMP后火焰高度变大;DMMP能够提高惰性气体N2、Ar、He的灭火性能,当DMMP浓度为1.9%时,可提高N2、Ar、He的灭火性能分别为50.0%、48.02%、47.17%,但DMMP提高惰性气体灭火性能没有明显的选择性;DMMP不能提高全氟己酮的灭火性能,反而会抑制其灭火性能,且随着DMMP浓度的不断增加,全氟己酮的临界灭火浓度不断增加。

NaHCO_(3)与典型气体协同灭火效果研究

为了探究不同粒径NaHCO_(3)粉体的灭火效果,对比其与不同典型气体灭火剂之间的协同灭火效果,获得协同效果最佳的气固比例,为气固协同灭火相关研究提供数据支持。以4、10、48μm 3种不同粒径的NaHCO_(3)粉体为研究对象,采用电子扫描电镜观察不同粒径的NaHCO_(3)粉体,确定粉体颗粒均匀分布的状态,基于杯式燃烧器装置开展熄灭甲烷火焰实验,根据实验结果分析粒径大小对粉体灭火作用的影响,选择出灭火效果最好的4μm NaHCO_(3)粉体与典型气体灭火剂CO_(2)、N_(2)、He、Ar进行气固协同实验,获取NaHCO_(3)粉体在不同典型气体灭火剂浓度下的临界灭火浓度,从而计算协同因子定量评价气固的协同灭火效果,选择协同效果最佳的气固比例及典型气体灭火剂。实验结果表明:粉体平均粒径越小,灭火效果越好,灭火效能排序为4μm NaHCO_(3)>10μm NaHCO_(3)>48μm NaHCO_(3),4μm NaHCO_(3)粉体的灭火效能约是10μm NaHCO_(3)的2.2倍;4μm NaHCO_(3)粉体与气体灭火剂均有一定的正协同效果,随着气体灭火剂体积分数的增加,NaHCO_(3)粉体的临界灭火浓度均有下降,且在不同气体灭火剂氛围下,临界灭火浓度下降趋势有一定的相似性。当CO_(2)、N_(2)、He、Ar体积分数为7.1%、6.4%、8.5%、10.1%时,与4μm NaHCO_(3)粉体的协同效果达到峰值,对应协同因子为0.58、0.62、0.69、0.76;4种典型气体中,CO_(2)的协同效果最好。

细水雾灭火技术在微重力环境下应用的可行性分析

针对细水雾灭火技术在载人航天器安全中应用的可行性,通过理论分析研究了微重力环境下液滴滞止距离与初始速度、粒径的关系,并利用Fluent模拟研究了水雾喷嘴雾场结构。理论分析结果表明,初始速度一定,水雾粒径越小,其滞止距离也越短;初始速度越大,其滞止距离越长。粒径小于50μm时,初始速度对滞止距离影响不大。数值模拟结果表明,微重力下的雾场分布与常重力下有明显差异,水雾主要集中在喷嘴附近,而且水雾蒸发速率较慢,液滴存活时间长。对比理论分析和模拟结果,模拟的迁移距离要小于理论值,这是因为理论分析中忽略了液滴的蒸发。为解决液滴滞止的问题,建议微重力环境下采取气体载运水雾的方式。

纵向风作用下隧道火灾烟气分岔流动试验研究

采用小尺寸模型地铁隧道火灾试验,研究不同纵向风速和不同火源功率下隧道内的烟气层形态特征、烟气温度分布,验证隧道火灾烟气分岔流动机理,分析分岔流动临界风速和临界Richardson数的变化规律;采用数值模拟方法验证分岔流动临界风速和临界Richardson数的变化规律。结果表明:随着纵向风速的增大,羽流撞击区上游的烟气回流逐渐减少,烟气层产生向上的凹陷,当烟气回流完全消失时将发生烟气分岔流动现象;在较大纵向风速下,烟气分岔流动的发生将导致隧道中部烟气量减少,造成火源下游段隧道中心形成低温区;分岔流动无量纲临界风速随无量纲火源热释放速率1/3次方呈线性增长规律;烟气分岔流动临界Richardson数基本不受无量纲火源热释放速率变化的影响,可视为常数0.095。试验得到的烟气分岔流动临界风速和临界Richardson数变化规律与数值模拟结果吻合良好。

活塞风作用下地铁车站站厅火灾烟气流动特性的数值模拟研究

以开敞式地铁车站为例,将列车、隧道、站厅层和站台层均简化为长方体并建立车站三维模型;利用流体动力学软件Fluent,采用压力基求解器和SIMPLIC算法,研究活塞风作用下站厅火灾的烟气流动特性,并分析增设迂回风道和竖井对于削弱活塞风影响的效果。结果表明:站厅层空气流场结构在活塞风的作用下将会发生复杂的变化;站厅火灾发生后,在机械排烟、热浮力以及活塞风的共同作用下,站厅烟气分层现象遭到破坏;各楼梯口处气流速率变化剧烈,气流方向多次改变,并导致站厅层烟气被吸入站台层;增设迂回风道和竖井能够有效地削弱活塞风对起火站厅层烟气分层现象的破坏,延缓烟气侵入站台层的时间,减少侵入站台层的烟气量。

火源横向位置对隧道火灾烟气分岔流动影响

当发生隧道火灾时,纵向通风方式常被用于人员疏散和排烟,而纵向风速较大时,烟气将发生分岔流动,导致烟气层整体性被破坏,对人员疏散造成威胁.火源横向位置对隧道火灾烟气流动有显著影响,通过数值模拟对不同火源横向位置时烟气分岔流动特性进行了研究.结果表明,随着火源向侧壁靠近,烟气由对称型分岔流动转变为不对称分岔流动.当火灾发生在侧壁附近时,烟气转变为"S"型流动.随着火源与侧壁间距的减小,分岔流动临界风速呈指数型增加.

FDS6对隧道火灾温度场模拟的适用性研究

采用火灾动力学软件FDS6对隧道火灾开展数值模拟,得到不同火源功率下羽流区温度分布和纵向风作用下羽流撞击区最高温度.将模拟结果与FDS5的模拟结果进行对比发现,采用了新的湍流燃烧模型后,FDS6模拟的火源高温区集中在火羽流底部,燃烧产生的热量有相当部分通过热辐射的形式向周围空气传递,并导致隧道顶棚下方羽流撞击区温度明显低于FDS5的模拟结果.对纵向风作用下羽流撞击区最高温度的模拟结果表明,FDS6的预测值明显低于Kurioka模型预测值和隧道火灾实验值.

地铁车站发生火灾时施加水平细水雾幕抑制顶棚射流火焰的有效性

针对施加竖向细水雾幕的缺陷,对水雾喷头进行改进,使之产生水平向的细水雾幕。以某地铁车站为原型设计试验台,通过室内试验研究水平雾幕对地铁车站火灾的挡烟、隔热及顶棚射流火焰抑制、烟气沉降抑制的有效性。结果表明:施加水平雾幕具有较大的水平动量,雾通量在喷头前方呈均匀分布,而施加竖向雾幕其雾通量集中在喷头下方;施加水平雾幕对顶棚射流火焰具有显著抑制作用,火焰长度减小约40%,且火焰不能穿越雾幕;施加水平雾幕的隔热效率均比施加竖向雾幕高10%左右,且施加水平雾幕对烟气层的扰动更小,雾幕作用区烟气沉降幅度较小;施加水平雾幕后方有明显的烟气分层现象,且烟气最高温度、烟气出口速度均小于施加竖向雾幕。

开放空间蒸汽熄灭油池火灭火机理研究

对蒸汽熄灭油池火进行了模拟试验研究,通过设置对比试验,研究了全淹没保护方式和局部保护方式下的不同灭火效果,分析了开放空间中蒸汽熄灭油池火的主导灭火机理。结果表明,局部保护条件下,蒸汽能快速熄灭油池火;全淹没保护条件下,利用同样的蒸汽供给强度及更小的火源,蒸汽灭火效率则相对较低。基于对比试验、灭火过程及火焰结构的分析表明,蒸汽的动力学作用为开放空间内蒸汽熄灭油池火的主导灭火机理。最后从理论基础上对蒸汽的动力学作用进行了验证和初步分析。