船舶机舱火灾热烟分布特性仿真及安全评估

机舱是船舶输出动力的关键舱室,同时也是火灾危险源集中分布的火灾事故高发区。为了评估某船机舱区域的火灾事故特性,针对该船发电机舱开展了油池火典型火灾场景的大涡模拟仿真,并使用烟气温度、辐射热通量两项指标对火灾发生后的机舱环境进行了安全评估。结果显示:火灾发生后机舱内平台甲板下方烟气温度可快速升至200℃以上;火灾发生后74 s,舱内部分电子设备出现永久性损伤;火灾发生后180 s左右,对于消防人员与机舱设备而言机舱处于危险状态,同时舱内绝大部分电子设备发生永久性损伤。本研究结果对船舶机舱设计与消防策略制定具有指导意义。

偏二甲肼池火灾热动力学特性数值模拟

为探究偏二甲肼池火灾热动力学特性,对无风和有风环境下的偏二甲肼池火开展了系列数值模拟。讨论了无风时油池尺寸(1~9 m)对火焰结构、轴向及横向温度分布和辐射热流密度等热动力学特性的影响,有风时偏二甲肼池火热动力学特性随环境风速(1~4 m/s)变化的规律。结果表明:无风环境下,随油池边长增大,偏二甲肼池火火焰高度由2.67 m增大至13.22 m,火焰最高温度从1006.23℃逐渐增大到1160.92℃,横向辐射热流密度随距离增大而减小;有风环境下,风速从0增大至4 m/s的过程中,池火火焰高度减小,火焰倾角从0°逐渐增大到82.3°,轴向温度分布规律在风速达到1.5 m/s后变为单调下降,下风侧温度及辐射热流密度由于火焰倾斜显著增加;拟合得到可准确预测无/有风环境下火焰高度、火焰倾角及横向辐射热流密度的工程关联式,偏差均在15%以内。

辐射热流计响应时间测量方法研究

为满足瞬态热流的测量需求,解决辐射热流计响应时间无法准确测量的问题,设计辐射热流计响应时间测量装置。该装置利用高功率激光器快响应特性形成热流阶跃系统,使用高速采集系统同步采集热流计输出,对热流计响应曲线进行分析计算得到响应时间。对比多种响应时间测试方案,并通过试验对辐射热流计响应时间测量装置的快响应特性进行了验证,结果表明:该装置测量辐射热流计响应时间最快为4.4 ms,能够有效满足大量程、快响应的辐射热流计响应时间精准、高效测试的需求,促进了我国瞬态辐射热流计量技术的发展。

飞机货舱轰燃规律的试验研究

为研究飞机货舱火灾发展至轰燃的内在规律,在1/4体积标准飞机货舱内开展了一系列火灾轰燃试验。以单壁瓦楞纸箱被引燃作为轰燃发生的判据,研究了油盘尺寸和燃料种类对轰燃的影响,通过对货舱上部热烟气层平均温度、地板所受辐射热通量、燃料热释放速率及烟气体积分数的分析,探讨了轰燃发生的临界条件和表现形式。结果表明:油盘尺寸的增大提高了轰燃发生的可能性和轰燃的剧烈程度,在达到引发轰燃所需的临界油盘尺寸后,继续增大油盘尺寸会使轰燃发生的时间提前;引发飞机货舱轰燃所需的临界条件为,上部热烟气层平均温度达到456℃,地板所受辐射热通量达到14.3 kW/m2;此外,通过对轰燃所需的临界油盘尺寸与燃料热物性参数的拟合,发现轰燃所需的临界油盘尺寸正比于燃料的蒸发热,反比于燃料的燃烧热。

受限空间火灾环境固体可燃物热释放速率模拟研究

对 PMMA和松木两种典型的固体可燃物 ,采用基于耗氧原理的燃烧热释放速率测量方法 ,利用锥型量热计系统 ,在不同外加辐射热作用下测量了热释放率。分析 PMMA与松木燃烧过程的异同及外加辐射热对固体可燃物热释放速率的影响。

发动机叶片流道内辐射换热的数值计算

应用贴体坐标系下辐射传递方程的离散坐标法 ,数值模拟了三维叶片流道内的辐射换热 ,计算了进口燃气总温分别为 16 73K和 2 193K时 ,发动机叶片流道内燃气对发动机机匣、轮毂和叶片的入射辐射热流密度。数值模拟表明 ,当进口燃气总温增加 2 9 9%时 ,入射辐射热流密度将增加 188%～ 2 12 % ,与直角坐标系下有限体积法的计算结果比较 。

受限空间中固体可燃物的热释放速率

采用基于耗氧原理的燃烧热释放速率测量方法和锥型量热计系统;在不同的外加辐射热作用下测量了PMMA和松木两种典型固体可燃物的热释放速率,分析了PMMA与松木燃烧过程以及外加辐射热对固体可燃物热释放速率的影响,发现固体可燃物的燃烧放热过程与它们本身的结构特性密切相关,外加辐射热对固体可燃物的热释放速率有很大的影响.

铁路隧道内细水雾灭火系统设计与应用研究

在大尺寸铁路隧道模型内,结合实际环境、列车高度和车窗高度对铁路隧道内细水雾灭火系统的喷头进行布置,开展实体试验,研究灭火系统的有效性。结果表明,结合车窗布置的喷头喷射出的细水雾能够快速覆盖在列车内部火源周围,在短时间内扑灭列车内部火灾,而隧道上方喷头喷射的细水雾能够有效的衰减热辐射,抑制火势进一步发展。因此,在隧道内结合列车高度和车窗高度设计出的喷头布置方式,能够对列车火灾进行较好的控制。

软质聚氨酯泡沫热释放速率研究

以软质聚氨酯泡沫为研究对象,采用锥形量热仪开展实验研究,分析不同热辐射与样品厚度对软质聚氨酯泡沫热释放速率的影响。辐射热通量15~50 kW/m^2,软质聚氨酯泡沫密度为30 kg/m^3,样品按照ISO 5660标准裁剪成100 mm×100mm的试样。结果表明:软质聚氨酯泡沫在热辐射较低时,热释放速率呈现双阶段过程,分别对应聚氨酯多孔介质燃烧熔融为焦油以及焦油的燃烧过程;热辐射较高时,热释放速率呈现单阶段过程,主要为焦油的燃烧过程;热辐射为中等强度时,其燃烧行为随机呈现单阶段或双阶段过程,且双阶段比单阶段过程燃烧更为充分。样品厚度较小时,软质聚氨酯泡沫呈现单阶段燃烧过程;厚度较大时则呈现出双阶段燃烧过程。

柴油在受限空间火灾轰燃实验中的引燃特性

以酒精作为主燃料,改变酒精池火的直径和通风条件,进行火灾轰燃实验.通过对受限空间上部热烟气层平均温度、地面所接收到的热辐射通量和氧气体积分数的测试,分析引燃柴油的临界条件.结果表明,当受限空间氧气体积分数为20.4%时,若上部热烟气层平均温度高于364℃,地面接收到的热辐射高于4.38 kW/m^2,可以引燃柴油.当受限空间中氧气体积分数降低到18.5%时,引燃柴油所需的上部热烟气层平均温度临界值为390℃,地面接收到的热辐射临界值为6.65 kW/m^2.因此,一定的受限空间中,引燃柴油的氧气量、上部热烟气层平均温度和地面接收到的热辐射通量3个临界参数是互相制约的.

狭长受限空间火灾演化规律的试验研究

使用酒精和柴油进行火灾试验,分析不同通风条件下狭长受限空间火灾的演化规律。结果表明,在设定实验模型下,机械排烟可以抑制并最终控制轰燃现象的发生。所建立的试验模型纵向均可分为火焰区和热烟气区两个区域。当排烟风速小于等于0.5 m/s时,横向分为上部和下部热烟气区;当风速为1.0m/s时,横向分为上部热烟气区、中部中温区和下部冷空气区三个区域。

低温地板辐射采暖构造层传热模拟

本文针对以哈尔滨为代表的寒冷地区的低温热水地板辐射供暖系统的传热特点和铺设方式 ,建立了构造层内传热过程的数学模型 ,分析了低温热水地板辐射供暖系统的热工性能 ,确定了构造层内温度分布、地板表面温度分布、单位面积散热量等设计指标与管间距、水温。

油池火灾环境下包装容器的热响应特性模拟

借助CFD模拟软件及其并行技术,以圆柱体钢结构件为研究对象,应用整场离散、整场求解的数值解法,初步探讨了火焰流场与结构热响应的耦合模拟方法,开展了静风及有风条件下3m直径油池火灾环境下包装容器的热响应特性模拟,得到了水平放置的包装容器表面温度及热流响应的空间分布特性,研究结果可为含危险品结构的热-力耦合响应模拟提供载荷边界条件,为含危险品结构的热安全性评估提供技术支撑。

基于蒙特卡罗法的辐射热防护测试仪的数值分析

为了探讨辐射热防护测试(RPP)仪在试样表面产生的辐射热通量分布,采用蒙特卡罗法对RPP建立了数值模型,并进行了实验验证.计算结果与实验结果十分吻合,证明了模型的合理性与正确性.计算结果显示,在试样的入射表面,辐射热通量呈椭圆形分布,能量集中在内部区域,在中心区域的辐射热通量分布相对均匀,两侧边缘的辐射热通量相对较低.研究结果为进一步研究RPP测试试样的防护效果提供了理论依据.

龙柏树冠火对其相邻建筑的辐射特性研究

我国城市绿化覆盖率快速增长,带来了植被与建筑混合区域的火灾隐患。以常见城市绿化树种龙柏为研究对象,开展了单树树冠火对其相邻建筑的热辐射规律实验研究,测量了不同间距情况下建筑物一层和二层窗户位置的辐射热流密度,并在圆柱火焰模型的基础上,将圆柱火焰分为下层的稳定火焰区和上层的间歇火焰区,提出了分层圆柱火焰模型。结果表明,分层圆柱火焰模型可以准确描述树冠火辐射热流密度最大值随高度和距离的增加而递减的变化趋势。单一圆柱火焰模型理论的结果表明竖直方向上热流密度随高度变化不大,未能准确描述辐射热流密度竖向变化规律;分层圆柱火焰模型计算的辐射热流密度比单一圆柱火焰模型更符合实验结果,能更好地预测安全距离。

阔叶树叶样品辐射点燃过程中的表层效应

通过理论分析探索分层树叶样品辐射点燃过程中热量输运的规律及其对点燃过程的影响.依据热源特性和样品分层特性,将阔叶树叶样品分成具有热薄特性的表层和热厚特性的内层,建立起辐射热流点燃过程中两部分的能量守恒和质量守恒的积分模型.对红花油茶(Camellia chekiangoleosa)和米老排(Mytilaria laosensis)树叶样品的锥形量热仪实验结果验证表明,模型合理可靠.运用该模型对点燃过程中能量分配关系的跟踪发现,在辐射热流作用下,样品表层具有显著吸收和衰减能量向内层输运的效应;相应地,由样品表层进入内层的热量占流入净能量的份额不大于21%,.表层效应严重削弱了样品内层对点燃现象的贡献.与外部辐射热流强度相比,样品水分含量的变化更有效地影响样品的表层效应以及相应产生的能量分配关系.

氧化剂质量通量对固液火箭发动机中固体燃料退移速率的影响

针对采用硝酸／HTPB型推进剂的固液混合火箭发动机，采取数值方法研究了氧化剂质量通量对固体燃料热解表面退移速率及换热的影响。研究表明，固体燃料热解表面轴向平均对流换热热流密度、总热流密度以及退移速率与氧化剂质量通量的n次方近似成正比，n的值介于0．6～0．7之间；固体燃料热解表面的辐射换热热流密度近似与氧化剂质量通量成正比；随着氧化剂质量通量的增加，辐射换热占总换热量的比例逐渐增加，增加幅度逐渐减小。

在轨卫星红外辐射周期性特征建模与计算

卫星红外特征的研究对于卫星红外探测与识别以及卫星红外隐身设计都具有重要意义。论文首先计算了卫星的轨道辐射热流,接着计算了卫星各个表面的温度随轨道运行周期的变化,在此基础上计算了卫星各表面的自身辐射的红外辐射以及反射环境的红外辐射,由此建立了计算卫星红外周期性特征的数理模型,并以某轨道上六面体卫星为例,数值计算了卫星六个不同表面在中红外和远红外两个大气窗口的周期性红外辐射特征,相关结果可为卫星红外探测识别以及红外隐身设计提供参考数据。

利用坐标变换法计算卫星轨道辐射热流

卫星轨道辐射热流的计算对于卫星的热控设计和卫星红外特征研究等都具有重要意义。论文根据描述卫星运动模型参数的卫星轨道六要素,利用坐标变换方法确立了卫星任一表面与太阳、地球的位置角度关系,建立了卫星的表面辐射热流计算模型,可用以计算任意轨道参数的卫星在任意时刻太阳辐射、地球反照和地球辐射等主要轨道辐射热流,并以某轨道上六面体卫星为例给出了其不同表面在整个轨道运行期间的接收到的辐射热流计算结果。结果表明:卫星不同表面接收到的辐射热流密度随时间的变化是不一样的,主要取决于各表面与太阳和地球的角度关系。

石英灯加热器热流场计算方法比较

石英灯辐射加热是航天飞行器结构热试验中使用最广泛的气动热模拟方式,获取石英灯加热器辐射流场对提升航天器结构热试验精度、评估试验结果和验证结构设计具有重要意义。文章结合石英灯加热器辐射热流场预示的特点,讨论几种辐射热流场计算模型的适用性,并通过理论、试验与仿真算例相结合的方法,对比分析几种辐射计算软件的计算精度和应用性,给出各计算软件的应用策略,可为试验热环境的准确快速获取提供参考。