白泥填料在膨胀阻燃环氧树脂中的协效阻燃和抑烟作用

为实现氨碱白泥的资源化利用,以氨碱白泥为原料,通过烘干、粉碎和表面改性制备白泥填料,并将其作为阻燃协效剂应用于膨胀阻燃环氧树脂,系统研究了白泥填料对膨胀阻燃环氧树脂的阻燃性能、抑烟性能和成炭能力的影响。结果表明,添加白泥填料能够显著降低膨胀阻燃环氧树脂的热释放和生烟量,表现出优异的协效阻燃和抑烟作用。当添加5%烷基化白泥填料时,阻燃和抑烟效率最高,峰值热释放速率和峰值生烟速率降低至234.6 kW/m^(2)和0.048 m^(2)/s,极限氧指数提高到30.5%。此外,白泥填料具有优异的协效成炭作用,添加5%烷基化白泥填料可以促进膨胀阻燃环氧树脂生成更多的芳香结构和含磷的交联结构,增强炭层的致密性和隔热隔质性,提高炭层质量,在700℃下残炭量达到24.5%。

氯化镍与有机蒙脱土在环氧基膨胀型钢结构防火涂料中的协效作用

以有机蒙脱土(OMMT)和氯化镍(NiCl_(2))作为复配协效剂制备环氧基膨胀型钢结构防火涂料,通过锥形量热仪、热重分析仪(TG)、扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)系统研究了复配协效剂在防火涂料中的防火和抑烟作用。结果表明:单独添加OMMT和NiCl_(2)均能有效增强环氧基膨胀型钢结构防火涂料的隔热性能并降低燃烧过程中的生烟量和热释放,将二者复配使用表现出更好的协效作用。当m(OMMT)∶m(NiCl_(2))=1∶1时,膨胀型钢结构防火涂料的峰值热释放速率、峰值生烟速率以及300℃背温时间分别为291.3 kW/m^(2)、0.039 m^(2)/s和1465 s。TG结果表明,OMMT和NiCl_(2)复配使用可以降低涂料的峰值分解温度和质量损失速率,使涂层在700℃时的残炭率高达24.8%。SEM和FT-IR结果表明,OMMT和NiCl_(2)复配使用有利于形成更多含磷交联结构进而提高膨胀炭层的致密性和连续性,达到较好的防火和抑烟作用。

泡沫灭火综合教学实验平台的设计与实践

根据消防工程专业课程实践教学中的灭火实验需求,设计和搭建了泡沫灭火综合教学实验平台,该实验平台由发泡实验平台、析液实验平台、蔓延实验平台、灭火实验平台和抗烧实验平台构成,能够实现泡沫灭火剂的稳定性、蔓延性能、灭火效能和抗烧性能的测试,满足泡沫灭火实验教学要求。通过实验操作与结果分析将理论与实践紧密联系,有助于巩固学生理论知识和增强学生学习兴趣,为培养具有工程实践和科研创新能力的高素质和高质量消防人才发挥积极作用。

基于网络开放数据的区域消防救援总体有效覆盖率评估

高效准确地掌握消防救援有效覆盖率是优化消防站点资源配置的前提。将判断是否有效覆盖的消防救援行程时间阈值定为240 s,建立了基于时间加权的区域消防救援总体有效覆盖率评估模型。基于网络开放数据收集了长沙的50座消防站作为消防救援供给点、5746家被抽查到的社会单位作为消防救援需求点,并调用网络地图应用程序编程接口基于实时路况来仿真消防救援行程时间。在连续7 d内设置197个评估场景,共获得了1131962个有效样本,进而得出:长沙消防救援总体有效覆盖率为21.22%,结果等级为“C”,消防救援水平一般,需加强消防站建设。这种基于网络开放数据的区域消防救援有效覆盖率评估,具备高效和准确的特点,可为优化消防站点资源配置、提升公共安全水平提供关键理论和方法支撑。

数字PCR和荧光定量PCR检测转基因番木瓜中外源基因拷贝数方法的建立及其应用

传统的检测转基因植物中外源基因拷贝数的方法是Southern杂交,该方法成本高、周期长,难以满足高通量检测外源基因拷贝数的育种需求,因此,本研究旨在建立快速且高通量检测转基因番木瓜中外源基因拷贝数的方法。本研究从番木瓜基因组中筛选出2个单拷贝基因Cpa03g018830和Cpa03g018770,以已知外源基因为单拷贝整合的转基因番木瓜为参照,利用数字PCR鉴定其拷贝数,进一步以其为内参基因,以番木瓜转基因育种常用的筛选标记基因NPTⅡ为外源目的基因,建立利用数字PCR和荧光定量PCR技术检测转基因番木瓜中外源基因拷贝数的方法。结果表明:Cpa03g018830和Cpa03g018770均为单拷贝基因;建立的数字PCR方法对转基因番木瓜中的外源基因拷贝数的检测准确可靠,而荧光定量PCR对转基因番木瓜中外源基因单低拷贝整合的检测准确度较高,对外源基因多拷贝整合的检测准确度则较低,因此,荧光定量PCR适合用来在大量转基因植株中初筛出单低拷贝整合的植株。本研究鉴定的单拷贝基因Cpa03g018830和Cpa03g018770可作为转基因番木瓜中外源基因拷贝数检测的内参基因,且建立的利用数字PCR和荧光定量PCR技术检测转基因番木瓜中外源基因拷贝数的方法,操作简单,速度快,适合批量检测,可为番木瓜转基因抗病育种中单低拷贝株系的选育提供新的方法。

环氧树脂/聚酰胺配比对膨胀型钢结构防火涂料防火和抑烟性能的影响

为了增强钢结构防火涂料的防火和抑烟性能,以环氧树脂(EP)/聚酰胺树脂(PA)体系作为成膜聚合物制备膨胀型钢结构防火涂料,通过锥形量热仪、烟密度仪、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等系统研究了EP/PA配比对膨胀型钢结构防火涂料防火和抑烟性能的影响。结果表明:钢结构防火涂料的防火和抑烟性能与EP/PA成膜聚合物体系的配比密切相关,m(EP)∶m(PA)=3∶2时所制备的涂层在燃烧过程中形成更多的含磷交联结构,表现出最佳的防火、抑烟和成炭效果,在800℃时的残炭率达到27.7%,最大比光密度低至172.4,其保护下钢板背温达到300℃所需时间为1570 s。

带上盖开发隧道通风流场特性及射流风机偏转角度研究

带上盖开发的隧道结构复杂,通风流场紊乱,隧道运营通风能力难以得到保障。揭示这类隧道的通风流场特性,优化隧道风机布置参数具有重要意义。以广州市某珠江过江隧道工程为背景,利用数值模拟方法,探究不同风机偏转台数、偏转角度工况下隧道通风流场特性、风机升压能力。结果表明:带上盖开发隧道风机安装位置受限、复杂结构通风阻力大,导致隧道通风流场分布不均,风机升压能力较差,风机难以提供可靠的运营通风能力;带上盖开发隧道设置3台吊顶式风机时,通过合理的设置风机偏转台数和风机偏转角度,能够稳定隧道通风流场,提高平均风速,优化隧道内通风效果;当3台吊顶式风机全部偏转布置或风机偏转角度大于5°时,虽能增大未安装风机一侧的通风风速,但会导致射流分布不均,安装风机一侧风速降低,过多射流偏转也将携带更多动能撞击隧道壁面,导致射流遭受的能量损失增大,不利于隧道通风流场的稳定;采用2台吊顶式风机偏转2°~5°布置时,此时隧道内流场分布均匀,射流风机升压系数为0.7~0.8,隧道内风机射流阻力损失约28~29 Pa,可提升风机升压力,减小风机射流阻力损失,利于带上盖开发的隧道运营通风。研究结果可为优化带上盖开发隧道射流风机布置方式和保障运营通风效果提供参考。

羟基化氮化硼与磷酸二氢铵在致密化木材中的阻燃作用

为降低木材火灾危险性,以氮化硼和磷酸二氢铵为阻燃剂,利用阻燃浸渍与致密工艺制备阻燃致密化木材,探究阻燃致密化技术对木材阻燃性能、隔热性能和成炭行为的影响。研究结果表明:经磷酸二氢铵和羟基化氮化硼处理的阻燃致密化木材(HBN-ADW试样)阻燃性能有效提升;与原木相比,HBN-ADW试样极限氧指数增至35.5%,峰值热释放速率、总释放热、受热1200 s时背温分别降低59.4%,48.4%,40.1%;阻燃致密化技术可赋予木材更高热稳定性,在降低质量损失速率同时提高残炭量;阻燃致密化木材在受热时产生富含C=C芳香结构炭层,HBN-ADW试样炭层中还含大量P-O-P、P-O-C和B-O-P交联结构,均能有效增强木材阻燃性、隔热性和热稳定性。研究结果对木材阻燃处理和生产应用具有重要参考意义。

隧道曲率半径对空气射流流场特性及升压效率的影响研究

研究了不同隧道曲率半径下射流风机诱导的空气射流在曲线隧道内的流场分布特性与射流风机升压效率。通过数值模拟软件Fluent建立了全尺寸隧道模型,曲率半径范围为75~300 m,并考虑了风机布置于直线段与曲线段入口两种典型工况。对曲线隧道内的风速分布、压力分布及升压系数进行了讨论,结果表明,当风机布置于隧道曲线段入口时,未经充分发展的空气射流直接撞击隧道壁面,在曲线隧道中的风速分布表现出明显的不对称性。隧道曲率半径越小,风流在隧道内发展均匀所需的距离也越长。而当风机布置于隧道直线段时,空气射流在进入曲线隧道前已经过充分发展。当隧道曲率半径大于120 m时,在曲线隧道中基本形成4 m/s的均匀风速。但当曲率半径小于等于120 m时,部分风流在进入曲线隧道后沿隧道弯曲壁面发展,同样会造成曲线隧道内的风速分布不均匀。将射流风机布置于直线隧道有助于提高射流风机的升压效率,且曲率半径越小,对升压系数的提升效果也越显著,对于不同的曲率半径,升压系数的提升范围在8.5%~27%。

市域快线列车内不同位置火灾对隧道温度场分布的影响研究

区间隧道火灾时的温度场分布是保障隧道结构安全与制定人员疏散方案的重要依据。根据市域快线列车车厢内部不同因素引发火灾的常见位置,通过数值模拟的方法研究市域快线列车内部不同位置火灾对隧道温度场分布的影响。研究结果表明:1)在1~3 MW火灾中,行李火灾、人为纵火常见位置对隧道拱顶温度影响较大;在4~5 MW火灾中,设备火灾常见位置对隧道拱顶温度影响较大。隧道拱顶的高温区出现在火灾车厢某个客室侧门上方。2)隧道拱顶最高点处温度峰值的最大值常出现在车厢端部客室侧门处。在火灾车厢范围外,隧道拱顶最高点处温度呈指数衰减,且纵向轴线上的火源越靠近车厢中心,隧道拱顶最高点处温度衰减越慢。3)当火源位于车厢内,疏散平台上方的拱顶温度受影响范围较小、峰值较高,当火源位于贯通道内其受影响范围较大、峰值较低,且每个客室侧门处均形成了峰值。4)市域快线列车内部火灾会对3~4节车厢范围内的疏散平台2 m高处温度产生显著影响,在此范围内客室侧门正对的位置形成峰值。当火源功率达到3 MW时,疏散平台开始出现危险区域;当火源功率达到4 MW以上,不同火灾位置时疏散平台均会出现危险区域。行李火灾、人为纵火常见位置的火灾场景更不利于人员疏散。研究成果可为隧道结构安全设计与人员疏散方案的制定提供理论支撑。

带百叶吸声体的轨道交通全封闭声屏障声学设计研究

依据相关设计规范,轨道交通全封闭声屏障应设置不少于水平投影响面积5%的自然排烟通道,这将直接导致全封闭声屏障顶部严重漏声。为减少全封闭声屏障顶部漏声,提出并设计了全封闭声屏障顶部开口处百叶吸声体。采用SoundPLAN噪声预测软件,模拟全封闭声屏障顶部开口位置安装百叶吸声体前后对周边敏感建筑的噪声影响。在全封闭声屏障顶部开口位置处安装百叶吸声体后,敏感点的噪声值比安装前明显降低;不同厚度和不同材质的百叶吸声体对全封闭声屏障整体降噪效果均有影响。结果表明,在全封闭声屏障顶部开口位置安装百叶吸声体可以提高声屏障降噪效果。

隧道挡风板对竖井自然排烟效率的影响研究

通过数值模拟研究了隧道内挡风板的设置对竖井自然排烟系统效率的影响,探讨了不同火源热释放速率与不同挡风板安装参数(挡风板高度、挡风板与竖井距离)下隧道火灾的烟气温度分布规律、流动规律及竖井自然排烟系统排烟效率。采用N系数法确定了烟气层与冷空气的界面,用于判断是否发生烟气层吸穿现象。结果表明,与无挡风板的工况相比,设置挡风板后,竖井排烟效率提升显著。设置挡风板对向下游方向运动的火灾高温烟气产生了一定的阻滞作用,使高温烟气在竖井下方蓄积,在一定程度上避免了竖井自然排烟系统出现烟气层吸穿现象。设置挡风板后,竖井的排烟效率随挡风板高度增加而增加,而挡风板与竖井间距离的变化对竖井排烟效率的影响较为有限。对于相同的火源热释放速率,竖井排烟效率与挡风板高度在一定范围内几乎成线性变化。建立了排烟效率与无量纲挡风板高度及无量纲火源热释放速率之间的经验公式,可对不同挡风板高度与热释放速率下的竖井自然排烟效率进行预测。

聚丙烯酰胺聚合物互穿网络凝胶在透明防火玻璃中的应用

为提高聚丙烯酰胺类透明凝胶材料的耐候性能,分别将丙烯酰胺与聚乙二醇2000、丙烯酸、甲基丙烯酸3种聚合物复配,构建聚合物互穿网络体系,然后与交联剂、阻燃剂和引发剂等共混制备透明防火凝胶并应用于灌浆型防火玻璃。研究结果表明:聚合物互穿网络结构能增强透明防火凝胶的热稳定性、耐火性和耐候性,但略微降低了凝胶体系透光率;3种聚合物互穿网络体系透明防火凝胶的综合性能排序为:聚丙烯酰胺-聚乙二醇2000体系>聚丙烯酰胺-甲基丙烯酸共聚物>聚丙烯酰胺-丙烯酸共聚物;相比于聚丙烯酰胺凝胶防火玻璃,聚丙烯酰胺-聚乙二醇2000互穿网络凝胶防火玻璃经50 kW/m^(2)辐射功率加热3600 s后,背面平衡温度降低约39.0%。研究结果拟为高性能阻燃透明防火玻璃的制备和应用提供理论参考和技术借鉴。

建筑工程消防虚拟仿真试验教学系统设计与应用

为积极推进一流本科教育建设,培养高质量消防专业人才,结合消防工程本科人才培养核心教学内容,分析了建筑工程消防虚拟仿真试验教学系统建设现状,构建了一套集防火系统、消防灭火系统、防排烟系统、自动报警系统和安全疏散系统于一体的建筑工程消防虚拟仿真试验教学系统。该系统包含导学、设计和考核3大模块,其中,导学模块让学生系统了解建筑消防系统的组成、工作原理以及维护使用方法,设计模块让学生掌握各个系统设计全流程,并在考核模块加深对消防系统理论和方法的掌握。相比传统教学方式,通过建筑工程消防虚拟仿真教学,可突破教学时空限制,提升教学效率,让学生更系统地掌握建筑工程消防系统的设计方法,提高实践及创新能力。

NiSO_(4)/OMMT复配体系协同膨胀阻燃环氧树脂的阻燃和抑烟性能

为降低环氧树脂的火灾危险性,以NiSO_(4)和有机蒙脱土(OMMT)复配体系作为协效剂用于增强膨胀阻燃环氧树脂的火安全性,通过氧指数测试仪、垂直燃烧测试仪、烟密度仪和锥形量热仪系统分析膨胀阻燃环氧树脂的阻燃和生烟性能。研究结果表明:单独添加NiSO_(4)或OMMT均能提高膨胀阻燃环氧树脂的阻燃、抑烟、热稳定性和成炭性能,将二者复配使用则表现出更优异的协效作用;当NiSO_(4)和OMMT以1∶1的质量比复配使用时,膨胀阻燃环氧树脂的极限氧指数(LOI)达到31.1%并通过UL94 V-0级测试,800℃时的残余质量达到22.6%,总释放热和总生烟量相比于纯环氧树脂分别降低56.0%,65.8%;炭层分析表明,NiSO_(4)和OMMT复配体系能提高试样燃烧后炭层的交联密度,增强炭层的致密性和隔热性,达到协效阻燃和抑烟的效果。研究结果可为提高环氧树脂基产品的阻燃和抑烟性能提供参考与借鉴。

热老化对阻燃电缆护套层的燃烧性能与热解动力学的影响

为研究热老化温度对电缆服役安全性的影响,利用氧指数测试仪、垂直燃烧测试仪、万能试验机和热重分析仪分析热老化温度对电缆护套层的阻燃性能、力学性能和热解性能的影响,并运用Broido和Zavkovic热解动力学模型获得护套材料的表观活化能和指前因子。研究结果表明:热老化显著降低护套材料的断裂伸长率,但可提升护套材料的极限氧指数(LOI)和拉伸强度,其中护套的LOI值随热老化温度的增加而增大;在150℃的温度下老化21 d,电缆护套层的LOI由25.5%升高至45.0%,但断裂伸长保留率仅为4.0%;热重分析表明,电缆护套材料的初始分解温度随热老化温度的增加先升高后降低,其中经150℃热老化处理的电缆护套材料初始分解温度明显下降;热解动力学分析表明,热老化前后电缆护套层的热稳定性变化与其表观活化能有关,其中热老化后材料的热稳定性随表观活化能的增加而提高。研究结果可为电缆的日常维护和防火工作提供理论指导。

公路隧道集中排烟系统非火灾时风压分布现场测试研究

为得到集中排烟模式下排烟道内压力分布与沿程阻力,以梅子洲长江隧道为研究对象,对排烟道内风速与静压进行现场测试,分析排烟道内的沿程阻力。结果显示:1)风流进入排烟道后形成负压,其大小逐渐下降,并在排烟道末端达到绝对值最大;2)两端风机匹配的风压、风量与两端排烟道管线长度有关,当开启的排烟阀靠近风机时,风机匹配到的风压较小;3)不同排烟阀开启方式下排烟道内沿程阻力系数为0.01~0.03,平均值为0.018。研究结果表明,在工程中选取风机时要综合考虑管线长度,管线长度的最不利工况为开启的排烟阀位于某一端工作井时,最不利管线长度为两端工作井之间的距离。在施工时提高排烟道两端的排烟阀质量,改善排烟阀漏风情况,可有效降低排烟道两端的沿程阻力。

水下隧道排烟阀尺寸对侧向排烟系统烟气蔓延特性影响

为探究水下隧道侧向排烟阀尺寸对烟气蔓延特性的影响,依托苏震桃高速公路太湖隧道工程,采用理论分析与FDS数值模拟等方法,对水下隧道侧向排烟系统烟气蔓延特性展开分析。结果表明:随着排烟量的增加,侧向排烟阀变得越狭长,烟气控制效果越好,侧向排烟系统的排烟效率越高;随着排烟量的增大,每个排烟阀处的局部阻力损失有明显增加;并且随着排烟阀变得越来越狭长,排烟阀处局部阻力损失越小,最大能降低原有损失的15.6%。提出了排烟阀局部阻力与无量纲排烟量与无量纲排烟阀尺寸之间的拟合关系式。结合排烟效率分析结果,建议排烟阀尺寸(宽×高)选取4 m×1.5 m。

盾构隧道顶部集中排烟模式烟气层化高度和范围研究

特长或超长盾构隧道中普遍应用顶部集中排烟模式。为了揭示隧道火灾顶部集中排烟模式烟气层化高度和范围,经过全尺寸隧道现场热烟测试发现,集中排烟模式下烟气可以形成稳定分层且被控制在一定范围内。通过数值模拟方法研究了不同热释放速率、排烟量、排烟阀数量和间距情况下烟气层化高度和范围。研究结果表明:1)针对热释放速率为5~50 MW,不同热释放速率工况下排烟系统均能将烟气层化范围控制在一定距离内。随着热释放速率增加,烟气层化范围增大。排烟阀开启范围之内,热释放速率增大,烟气层化高度差距较小。排烟阀开启范围之外,热释放速率越大,烟气层化高度越低。2)针对热释放速率为50 MW,排烟量为120~260 m^(3)/s,不同排烟量工况,排烟阀开启范围内烟气层化高度变化小,开启范围之外烟气层化高度变化大。烟气层化范围随着排烟量增大而变小,可有效控制烟气分布区域。因此建议工程设计、运营过程中可在允许范围内提高排烟量。3)针对排烟阀间距为40~140 m,排烟阀数量为4~8个,增大排烟阀间距和增加排烟阀数量,会导致烟气层化高度降低,烟气层化范围增加,排烟阀数量对烟气层化高度和范围影响较大。

建筑火灾顶棚射流的数值模拟及火焰扩展长度处理方法

探讨了建筑火灾数值模拟中常用的火焰区域获取方法及其优缺点。通过火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)对建筑火灾中的顶棚射流现象进行了模拟计算,其中考虑了不同火源热释放速率与不同火源距顶棚高度等条件的影响。分别采用连续图像法和温度阈值法获取了数值模拟中顶棚射流火焰扩展长度的数据,并与文献中基于试验建立的火焰扩展长度预测模进行了对比。结果表明:通过温度阈值法获取的火焰扩展长度数据受阈值取值的影响较大。通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据可以较好地反映出火焰扩展在不同火源热释放速率及不同火源距顶棚高度等条件下的动态变化情况,与前人建立的火焰扩展长度预测模型之间的吻合较好,表明通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据较为准确。建筑火灾数值模拟中的火焰扩展长度可通过基于单位体积热释放速率的连续火焰图像获取。研究结论可为建筑火灾数值模拟中火焰燃烧区域的确定提供参考。