铁颗粒非均相着火模型与着火特性研究

基于缩小未反应核模型,考虑氧化层对氧气的扩散影响,构建了空气中Fe颗粒的非均相着火模型.模型计算的着火温度与实验着火温度的最大误差为6.95%,与Mi等的着火模型对比,两者所计算的颗粒升温速率基本一致,着火延迟时间的数量级相同.基于该模型研究了环境压强、氧气浓度、初始氧化层厚度和颗粒粒径对着火温度、着火延迟的影响.结果表明:着火温度、着火延迟时间随环境压强、氧气浓度增大而减小,随初始氧化层厚度增厚而增大;粒径小于10μm的范围内,着火温度随粒径减小而增大,粒径在10~50μm范围内,粒径对着火温度影响不大;随着粒径增加,着火延迟时间增加.

Al/Fe_(2)O_(3)铝热剂粉尘着火敏感性

为明确铝热剂反应的着火特性,利用最低着火温度(minimum ignition temperature,MIT)和最小点火能(minimum ignition energy,MIE)测试装置,结合TG-DSC方法对4种Al粉与Fe_(2)O_(3)质量比为1∶4,1∶3,1∶2,1∶1的层状和云状Al/Fe_(2)O_(3)铝热剂进行了着火敏感性研究.结果表明,4种配比试样的粉尘层、粉尘云MIT均超出相关标准常规测试范围,在空气中质量比为1∶3铝热剂的反应触发温度为888℃,活化能为248.49 kJ/mol,说明铝热反应不容易触发;相同质量比的Al/Fe_(2)O_(3)粉尘云的MIE远高于粉尘层,层状MIE最低值为0.7 J,着火敏感性较强,这是因为Fe_(2)O_(3)在粉尘云状态的反应中充当惰化剂,而在粉尘层状态反应中为反应提供了活性氧自由基.

煤粉火焰着火燃烧特性与光学诊断测试

经过上百年的煤燃烧研究为煤炭的工业应用奠定了坚实的基础,但是煤燃烧的内部稳定性、着火的机制的转变以及污染物的生成依然没有明确的理论指导,光学测量技术的发展为研究燃烧机理提供了合适可靠的工具,燃烧诊断在全球的学术界研究成为热点。本文综述了煤粉燃烧的激光诊断研究特性:着火、燃烧稳定性、挥发分燃烧等,并分析国内外的研究现状。

低温起动热力学条件下柴油机喷雾着火特性

针对一款V型八缸增压柴油机,首先分析了其低温起动过程中缸内压缩压力和压缩温度的变化规律,然后在定容喷雾燃烧装置中研究了低温起动热力学条件下柴油的喷雾着火特性,分析了背景温度和背景密度的变化过程中喷雾射流滞燃期和着火位置的变化规律.研究发现:随着背景温度降低,柴油自由喷雾着火滞燃期逐渐增加,着火稳定性逐渐降低;背景密度越高,最低着火温度越低;背景温度低于430℃时,柴油射流的着火成功率非常低,很难着火.该研究对提高起动稳定性,降低燃油消耗率和改善排放有重要的指导意义.

煤炭地下气化点火阶段正庚烷着火及燃烧数值模拟研究

煤炭地下气化技术将地下煤层以天然气形式开采出来,是一种清洁、高效的能源利用方式。点火是开启气化反应的第一步,对化学点火过程中燃料着火与燃烧特性的分析将有助于高效气化。该文选取正庚烷为点火燃料,采用离散相模型模拟庚烷雾化过程,建立庚烷液滴与氧气共流燃烧模型,探究庚烷着火温度及燃烧火焰特性,并对影响初始点火过程的关键因素进行分析。结果表明:随压力升高,庚烷着火温度降低,10 MPa时达到670 K;液滴粒径在0.1~0.4 mm范围内时,着火温度随粒径减小而小幅上升;提高氧化剂中氧气浓度可显著提高火焰温度,但会导致火焰长度变短;为避免煤的熔融问题,氧气浓度控制在20%~30%附近较为合适,对壁面最高温度在1200~1530 K内。贫氧燃烧时,火焰温度较低,但过量空气系数处于0.6~0.8时,对壁面的加热温度及加热长度均高于富氧燃烧,在点火过程中能更高效利用燃料。结果可为煤炭地下气化点火过程燃料及氧化剂参数控制提供一定参考。

玉米淀粉粒径对其粉尘云着火特性的影响

为深入研究玉米淀粉粉尘的着火机制和燃烧行为,分别采用同步热分析仪和粉尘云着火传播试验平台试验研究5种不同粒径的玉米淀粉粉尘云着火特性,观察粒径对粉尘云着火特征温度、着火特征指数和着火延迟时间等参数的影响。试验结果表明：随着粉尘粒径的减小,玉米淀粉的着火特征温度值均有所减小,着火特性指数越大,小粒径范围的玉米淀粉粉尘云更容易着火点燃;着火延迟时间与玉米淀粉粒径间存在显著的二次函数关系,粉尘粒径越小,玉米淀粉粉尘云着火所需时间越短。

中国动力煤的着火温度与着火热的分布规律

为了寻求动力煤成分分布与煤质着火及稳燃特性之间的函数关系,根据燃烧学的热力着火理论,对国内大型电站煤粉锅炉燃用的166个典型的煤质分析数据进行了数学分析。分析了固态碳(Cgt)和当量气态碳(Cqt+3.67Har)比值随Vdaf的分布规律及其对煤质着火的影响;根据文献中77个煤质的一维沉降炉实验数据,拟合出煤粉的着火温度与Vad及Aad的函数关系,计算分析了本文大数据样本煤质的着火温度及着火热的分布规律,提出将着火热和着火温度作为煤质着火特性的图像分辨新方法。据此分析了各类煤质的着火与稳燃特性。结果表明,本方法能明确地定量区分不同类煤质和同类煤质的着火特性差异,且在理论上给出符合宏观规律的合理解释。

富氧条件下煤粉气流的着火性能变化

利用一维火焰炉对不同富氧条件下的煤粉气流着火燃烧特性进行了研究,得到了富氧条件下煤粉气流的着火性能变化规律。研究结果表明:随着助燃气体氧浓度的提高,各煤样的着火温度均大幅下降,其中低挥发分煤种在着火方面对富氧条件的改善更为敏感,即富氧条件的改善可减弱煤种间着火性能方面的差异性;随着氧浓度的提高,煤粉气流的着火方式明显从均相着火向非均相着火转变,其中燃用褐煤时发生着火方式转变所对应的氧浓度为50%～60%,燃用烟煤时约为40%,燃用贫煤和无烟煤时都约为30%;对于烟煤和褐煤,随着氧浓度的提高,对应的最佳煤粉浓度值先增大后减小,而对于贫煤和无烟煤,由于其在整个实验氧浓度范围内基本上都以'非均相着火'为主,因此随着氧浓度的提高,对应的最佳煤粉浓度的值基本上呈缓慢下降的趋势。

热辐射下木材热解与着火特性实验

对几种木材在不同辐射热流下的热解与着火特性进行了研究,且研究了含水率对木材热解与着火过程的影响.分析热解与着火过程中木材试样不同深度的温度变化与失重变化,对木材的着火时间与着火温度进行记录,并着重分析水分对木材温度分布、着火时间与着火温度的影响.通过间接的方法从实验的着火数据中获得了木材的临界着火热流值约为25 kW/m2.

缸内流场扰动对快速压缩机着火中间物种采样测量影响的数值研究

针对燃料自燃活性表现出负温度系数(NTC)效应时的快速压缩机缸内流场扰动对物种采样精度影响不明的问题,建立了燃料自燃过程物种采样的数值模型,通过控制活塞缝隙容积在燃烧缸内产生了不同强度的气流扰动,探究了NTC及气流扰动共同作用对正丁烷混合气自燃过程物种采样精度的影响规律。研究结果表明:受燃料NTC效应的影响,两种典型的物种采样方法均出现了反向稀释现象,即燃料的采样浓度偏低,中间产物的采样浓度偏高。反向稀释与采样方法的系统误差产生抵消,导致NTC区域内物种采样精度受气流扰动的敏感性降低。抑制燃烧缸内的气流扰动有利于提高采样精度,然而在绝对无扰动的流场下,整体冻结法的采样误差受热边界层作用反而会略微提高。该研究为燃料自燃过程中物种采样实验的设计及数据不确定性分析提供了有价值的参考。

不同着火位置对高压开关柜火灾影响的数值研究

基于流体动力学计算软件文中研究了不同着火位置对高压开关柜火灾的影响,分析了柜内温度场、无量纲温度因子、烟气分布及总热释放率火灾特征参量。计算结果表明,手车室发生火灾时最高温度低于电缆室或母线室最高温度,且不同着火位置下顶壁或侧壁无量纲温度因子差异明显,可用来进行早期火灾安全预警的诊断手段。烟气场和总热释放速率分布表明,电缆室和手车室着火时,其烟气可充满整个高压开关柜柜体,而母线室着火时烟气仅充满整个母线舱室。另外,电缆室火灾具有较大的总热释放率,因其相邻手车室可燃构件也被引燃进而释放更多的热量。通过文中的研究结果,可进一步认识和了解高压开关柜火灾蔓延发展趋势,也可为高压开关柜的早期安全预警提供技术和理论支撑。

稀燃条件下甲烷-空气预混射流的着火特性

基于可控热氛围燃烧试验系统,探究射流当量比、射流速率和协流速率对甲烷-空气预混射流着火特性的影响。根据试验规律对天然气发动机稀薄燃烧的控制策略提出优化建议,以减少失火现象的发生。结果表明:随着协流温度的升高,甲烷-空气预混射流的稀燃极限降低而富燃极限升高,符合大多数碳氢燃料预混合气的着火界限分布规律。不同的射流速率和协流速率下均存在临界当量比,当低于临界当量比时,着火温度随射流当量比的升高而显著降低,当高于临界当量比时,着火温度趋于稳定。在较低的射流当量比工况(0.20~0.62)下,提高射流速率可以降低着火温度从而优化着火性能。

内热源影响下高压电力电缆着火机制

为探究高压电力电缆因过载或短路且线芯发热影响下的着火机制,使用加热棒模拟电缆内部故障热源,并开展电缆着火试验,分析内热源功率及电缆线芯截面积对电缆温升、着火时间等着火关键参数的影响,发现电缆从被加热至着火到燃烧的全过程可分为初期加热、热解气体逸出、着火、燃烧及熄灭4个阶段。结果表明:绝缘层熔融物的滴落会导致火焰形态发生变化,电缆各结构层表面温度的升温速率随内热源功率的增加及与内热源表面距离的减小而增大,功率的增加弱化了电缆线芯截面积对各层升温速率的影响;电缆的着火时间与内热源功率呈线性递减的关系。

煤直接液化航空煤油自着火特性实验及动力学研究

煤直接液化(DCL)航空煤油含有大量的环烷烃,与传统航空煤油成分差异较大,研究DCL煤油的着火特性及反应动力学对于深入认识其燃烧性能及其推广应用具有重要意义。因此,本文使用快速压缩机测量了DCL煤油,RP-3煤油及其混合物在不同当量比和压力下的着火延迟期,对比了DCL与RP-3煤油的燃烧放热及相对反应活性,分析了二者低温反应活性差异的动力学机制。使用实验数据验证了文献中DCL煤油的化学反应动力学模型,并通过构建替代物组分中正戊基环己烷的化学反应机理,提高了模型对DCL煤油着火延迟和高温裂解产物的预测性能。研究结果表明,DCL煤油的着火放热量更高,其着火延迟期在高温下(>1000 K)与RP-3接近,而在低温下(<750 K)则略高于RP-3。DCL煤油中大量的环烷烃成分阻碍了燃料分子低温链分支反应的进行,抑制了其低温反应活性,有利于降低燃料进入主燃区前发生自燃的倾向。

HBS-LNSB Ⅲ 型旋流燃烧器回流区和着火距离的试验研究

针对某煤粉燃烧器的回流区和着火距离进行了试验研究。试验考查了中心风量、外二次风量、内二次风量以及内二次风旋流强度对回流区大小的影响规律,结果发现内二次风量的变化对回流区宽度的影响最大,中心风量对回流区与燃烧器的轴向距离影响最大。试验结果为不同煤种燃烧时的燃烧器配风选择提供依据。通过对各影响因素下煤粉着火距离的研究发现,针对着火距离短的易燃煤种,为了避免燃烧器喷口烧损,提高中心风量以及一次风速是最有效的措施。由于低负荷下炉内整体温度水平低,煤粉着火距离变长,可以适当提高易燃煤种的掺烧比例。对于着火温度较高的煤种,中心风量、内外二次风量的变化对于其着火距离均有明显的规律性,内二次风旋流强度的影响需要综合考虑旋流强度带来的风量变化的影响。不同煤种着火距离的工业试验为旋流燃烧器的配风选择提供了指导。煤种发生较大变化时应进行回流区与着火距离的工业试验,为燃烧器配风找到最优选择。

组合式防烟缓冲区对着火层中性面的数值模拟研究

为研究典型长廊型高层建筑中组合式防烟缓冲区对着火层中性面的影响,用FDS软件建立长廊型高层建筑火灾烟气运动模型。在机械排烟和加压送风的基础上设置组合式防烟缓冲区,分析比较组合式防烟缓冲区对着火层中性面高度、温度分布、CO分布和烟气蔓延情况的影响。结果表明,机械排烟结合加压送风模式下,在机械排烟口EP右侧增设挡烟垂壁使中性面提高0.18 m,在走廊前室门前增加空气幕配合前室加压送风使中性面提高0.35 m,挡烟垂壁加空气幕配合加压送风的组合式防烟缓冲区使走廊中性面消失,达到烟气抑制临界条件。组合式防烟缓冲区延缓了烟气蔓延,把火灾烟气阻挡在缓冲区前,使走廊平均温度降低8.2%,平均CO物质的量浓度降低37.7%,确保前室处于无烟状态,为人员安全疏散提供有利条件。

基于OH^(*)的NH_(3)-H_(2)-DME高温自着火特性

氨(NH_(3))作为一种十分有前景的零碳替代燃料,其低反应性限制了它的发展和应用,而掺混与其特性互补的其他低碳或零碳燃料,可明显改善其燃烧特性.基于此,在激波管试验平台上利用反射激波和燃料激发态羟基(OH^(*))的自发光特性,测量了温度T为1 300~2 000 K、压力p为0.14 MPa与1.00 MPa且当量比φ为0.5、1.0和2.0条件下,NH_(3)-氢(H_(2))-二甲醚(DME)三元燃料与空气混合燃料的着火延迟期(IDT),并研究了H_(2)+DME作为二元活性剂,其比例在各工况下对纯NH_(3)混合燃料着火延迟期缩短率的影响.结果表明:活性组分比例会影响活性剂的着火促进效果,活性剂H_(2)+DME(摩尔分数比为1∶1)相比同比例下的单一活性剂可以降低混合燃料更多的活化能.三元混合燃料的着火特性随活性剂比例、反应条件不同,有截然不同的特点,其中,在稀燃条件下,H_(2)+DME(摩尔分数比为2∶1)着火促进效果更好,而在富燃条件下,H_(2)+DME(摩尔分数比为1∶2)活性更高.

氨纶防黄剂粉尘的着火特性分析

为研究氨纶防黄剂粉尘的燃烧特性,采用粉尘云最低着火温度标准实验装置和同步热分析技术,分别研究了典型防黄剂HN-150粉尘云最低着火温度(MITC)的分布特性和粉尘热解过程,根据实验结果进行燃烧特性和动力学分析。研究结果表明:粉尘粒径越小,MITC越低;喷尘压力增大,MITC升高;粉尘云质量浓度增大,MITC先降低后稳定,且当粉尘云质量浓度大于2 096 g/m^(3)时,MITC稳定在270℃,小于150 g/m^(3)时,不会发生着火;粉尘云质量浓度对MITC的影响最大。随着粒径的增大,粉尘的着火温度、峰值温度、燃尽温度呈上升趋势,最大燃烧速率、平均燃烧速率、可燃性指数和综合燃烧特性指数呈下降趋势;随着升温速率的增大,粉尘的燃烧特性参数均呈上升趋势。随着粒径的减小,粉尘的平均活化能减小,越容易发生燃烧。MITC和热解过程中的着火温度相对应,这与燃烧特性和热分析动力学结果一致。因此该基础研究可为防黄剂的安全生产提供参考依据。

液滴群在两段自着火条件下的内群燃烧及向外群燃烧的转变数值模拟分析

利用数值模拟研究了正庚烷和正十二烷液滴群在两段自着火条件下的内群燃烧及向外群燃烧转变的机理.首先分别分析了冷火焰和热火焰内群燃烧的火焰结构.进一步比较发现,虽然正庚烷与正十二烷的挥发性不同,但液滴群参数相同时其燃烧阶段一致,通过对时间尺度和蒸发进程的分析发现,该现象的原因为液滴群内燃烧是蒸发控制的物理过程,挥发性不同仅影响不同过程发生的时间.最后,对液滴群内燃烧向外燃烧过渡的算例展开分析,发现液滴群内燃烧火焰穿透整个液滴群后,液滴群内部氧气减少,形成了富燃的区域,而液滴群外部形成了传统的扩散火焰.

二甲醚对氨着火特性的影响与动力学分析

基于激波管测试平台测量了二甲醚对氨气着火延迟期的影响.试验压力为0.14/1.00 MPa,温度为1150~1950 K,当量比为0.5/1.0/2.0,氨/二甲醚掺混比为100/0、95/5、90/10和70/30.试验结果表明:添加二甲醚可以有效缩短氨气的着火延迟期,增加氨气的反应活性.低温、低压条件下,二甲醚对氨气的着火促进作用更强,添加二甲醚导致当量比对氨气着火延迟期的影响减弱.建立了氨气-二甲醚机理以揭示二甲醚对氨气着火的促进作用,并将笔者的着火延迟期数据与部分文献机理进行了验证和对比,本机理能够可靠预测试验结果.通过敏感性分析、反应路径分析及产率分析,解释氨气和二甲醚的相互作用机理.分析表明,二甲醚的促进作用主要是通过加速早期自由基池发展以增加系统反应活性.着火初期二甲醚通过反应HO_(2)+CH_(3)=OH+CH_(3)O产生大量的OH自由基,对氨气消耗并提前启动链反应至关重要.