木本植物叶片热值测试和分析

[目的]本研究致力于探讨木本植物叶片的热值分布规律及其与化学组成的内在联系,相应为科学评估其火灾危险性以及能源利用提供基础数据和工程计算方法。[方法]选取27种不同科属的木本植物叶样,开展工业分析、元素分析及热值测试。[结果]表明,植物叶样的干基高位热值HHVd在17.48~24.01 MJ·kg-1之间变化,平均值为21.16 MJ·kg-1。同科属的植物叶片热值一般较为接近,样品自身灰分含量对干基高位热值的影响可以忽略。分析证实,干基高位热值的变化与样品挥发分和固定碳含量分布密切相关。植物叶片中挥发分和固定碳含量比值随着其化学组成中氧碳摩尔比增加而增大,并且固定碳在可燃组分中的相对含量反映样品木质素含量水平。[结论]样品氧碳摩尔比和氢碳摩尔比的增加意味着其木质素含量降低,使得其干基高位热值减小。对于所涉木本植物叶片来说,其干基高位热值可以分别由经验式HHVd=0.189 3VMd+0.369 5FCd和HHVd=0.447 8Cd+1.4072Hd-0.283 7Od准确计算获得,还可以据此迅速确定样品收到基热值。

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.

基于锥形量热仪测试的树叶燃烧碳排放研究

运用锥形量热仪模拟开放环境中植物样品在不同火灾场合的燃烧场景,检测其燃烧过程中CO和CO2排放量,进而确定其碳转化率和排放比.实验样品为针阔叶树种叶片共8种;辐射热流强度分别为35,k W/m^2、55,k W/m^2、70,k W/m^2和85,k W/m^2.测试结果表明,在设定的装载量范围内,样品碳转化率基本不受空间分布密度的影响,并呈现较好的数据可重复性,由此确认了检测方法的可靠性.因辐射热流强度和样品含水量的差异,树叶样品的CO和CO2的转化率范围分别为0.01-0.10和0.05-0.85,且随着辐射热流强度增大而显著提升;新鲜样品含水量的降低促使其由阴燃向明火转变,明火燃烧则会促进CO和CO2的生成,这与开放环境中样品热解产物燃烧反应的效率以及碳烟形成有关.

火行为对森林地表可燃物燃烧碳转化的影响

为了从理论上探索森林地表可燃物燃烧过程中碳转化率与宏观展现的火行为间内在联系,依据燃烧现象中能量平衡和元素质量守恒方程,建立起森林地表可燃物燃烧碳转化参数与其火行为参数相关联的数学模型.针对广东林区典型地表可燃物计算结果表明,随着火焰长度或火焰温度的增加,燃烧效率提高,消耗碳向CO_2的转化率η_(CO_2)增大;当火焰温度介于1,000~1,200,K之间时,碳转化率η_(CO_2)以及CO对CO_2排放比的变化范围分别为0.44~0.95和0.02~0.40.进一步分析表明,火焰长度或火焰温度的提高意味着火焰区的燃烧反应更完全,消耗的碳向CO和碳烟颗粒的转化率相对减小,导致碳转化率η_(CO_2)增加.从本质上来说,森林地表可燃物火蔓延过程中的碳转化率实际是火行为的一种表现,由此可以解释野外试验观察到的碳排放效率的变化规律.本项工作中建立的计算模型为可靠估算实际火灾现场碳排放量奠定了基础.

茶多酚热解特性及其反应机理研究

以红茶茶多酚和绿茶茶多酚为原料,利用同步热分析(TGA/DSC)、红外光谱分析(FT-IR)和质谱分析(MS)联用技术观测其热解过程中质量变化及产生的气相产物,同时对不同热处理温度下固相残留物的化学组成进行表征,分析茶多酚热解反应机理。结果表明:茶多酚为富含侧链结构的芳香族化合物,主要由C、H、O和微量N元素构成。温度低于200℃时,茶多酚的热失重基本源于所含自由水和结合水的蒸发;热解反应起于200℃附近,取决于其侧链结构的稳定性;在200~350℃间发生剧烈热分解反应,侧链结构出现断裂和重组,生成H2O和CO2为主的气相产物;在350~800℃温度区间,热解反应变得缓慢而持久,反映了残留物向稳定的稠环芳烃结构转变的机制。建立起的认识为茶多酚有效利用和开拓防火领域应用前景提供指南。

林火蔓延过程中辐射换热和点燃特性分析

【目的】基于辐射换热原理和火行为模型,从理论角度研究林火蔓延过程中火源辐射换热规律以及辐射点燃的特点。【方法】林火蔓延过程中的燃烧区为辐射源,其向火蔓延前方的热辐射等效为矩形辐射面。矩形热辐射面的长度为火焰长度,宽度对应火线宽度;环境风速的变化导致热辐射面出现不同程度的倾斜。选取枯立木和枯倒木这2类林火环境中典型可燃物作为辐射接受体,并分别设定接受体微元距地面1.5 m高和贴于地面。将林火蔓延以及至林缘后熄灭过程中对目标物的辐射换热分2个阶段计算,由此推导出接受体的瞬态辐射换热通量和累积的辐射换热量的计算式,并相应构筑辐射点燃的判据。与此同时,结合以往对林火行为规律的认识建立起林火蔓延以及至林缘衰弱熄灭过程中火行为参数间的关系式以辅助模型计算。基于火灾安全计算的有效性原则,设定火灾场景为最糟糕情形,即火焰温度赋值为1 200 K、发射率为1.0,并且一般情形下热辐射在大气中透过率为1.0。计算过程中,取火焰火宽度50 m,火焰长度变化范围为5 m～40 m,而风速变化范围则为0 m·s^(-1)～10 m·s^(-1)。【结果】针对特定野外试验工况试算结果确认,辐射换热通量计算结果与野外测量数据高度一致,由此验证了辐射换热模型的可靠性。针对若干火灾场景开展系列计算表明,无论是接受到的辐射换热通量还是累积辐射换热量,枯立木相对于枯倒木都占有优势,但这种优势随环境风速增大有所削弱。火焰蔓延至林缘后对接受体的辐射换热为其能量积累做出主要贡献,是造成辐射点燃的主要能量来源。【结论】随着接受体与林缘间距离的增大,目标物的能量积累水平迅速降低;火焰长度和环境风速则通过改变热辐射辐射换热效率和持续时间以影响辐射点燃的条件。以林缘附近枯立木作为接受体开展热辐射点燃条件的计算证实,当树冠火焰长度增至40 m,30 m以上间隔都能有效避免辐射点燃现象。如果替换成生物防火林带,该间隔则可以大大缩短。本项工作凸显生物防火林带在阻隔林火中的重要性,同时为林火阻隔系统的设计以及林区设施的保护提供特定理论指导。

新工科视阈下安全工程专业课教学融合课程思政的改革与实践——以《安全生产法规及标准》为例

以新工科建设为视阈,着眼于区域经济发展的需要,为专业发展提供新思路,而课程建设是专业建设的重要组成部分。思政教育是新形势下帮助学生树立正确的人生观、价值观的重要途径之一。其中将课程思政融入专业课也被越来越多地应用到高校教育中。本文以《安全生产法规及标准》课程为例,探讨了新工科建设背景下,如何将安全工程专业课与课程思政有机结合,能够发挥安全工程专业课程对大学生的价值取向的渗透和引导,帮助学生更好地认识到"发展不能以牺牲安全为代价"这条红线的内涵。

案例式教学在《工业特种设备安全》课程中的应用

《工业特种设备安全》是化工类安全工程专业的主要专业课之一。传统的教学方法常常枯燥乏味,因此可采用案例式教学来启发学生,从而促进教学效果。本文以课程中一个重要章节为例,探究了案例式教学方式在《工业特种设备安全》教学中的应用,并根据教学效果进行了总结并提出了一些反思。

“互联网+专业课程”建设与创新创业教育融合浅析——以《职业卫生与环境安全》课程为例

针对高校创新创业教育现状,建设"双平台-课程-项目"的《职业卫生与环境安全》课程体系,形成一条专创融合的教学途径。编写校地合作教材,完善课程学时分配和考核方法,建立理实一体化教学。结合"投智圈"管理平台,以"互联网+"创新创业大赛等赛事为切入点,构建与创新创业项目协同的考核体系。利用蓝墨云移动平台实施线上线下混合式教学,对教学过程进行过程化考核,以提升本科生善于思考、团队协作的整体素质。

竖直射流火撞击障碍管道数值模拟分析

当前对于竖直向上屏障射流火的研究大多集中于顶棚射流,对于竖直向上射流火羽流撞击管道的研究相对较少。为研究竖直向上射流火羽流撞击管道的特征演化行为,基于燃烧学及流体力学基本原理,运用Fluent数值模拟软件,通过控制变量法对不同热释放速率、障碍管道直径及管壁-火源间距因素进行探究。研究表明障碍管道直径和管壁-火源间距对火焰高度和宽度均有一定程度的影响,且得到了基于Froude数的无量纲火焰高度表征模型。

面向应用型本科专业的实验室安全与环保课程建设

针对高校实验室安全现状和地方应用型本科高校的特点,论述了以化学为基础的本科专业开设实验室安全与环保课程的必要性。根据课程特点,结合常熟理工学院材料工程学院的实际情况,基于OBE教育理念,从教学内容、教学模式和课程考核方式三个方面开展面向应用型本科专业的课程教学改革,提升课程的教学效果,帮助学生树立安全与环保意识,增强学生安全防范和处理危机能力,提高学生的实验室环保素养。

植物焦炭氧化中的平行反应及其动力学解析

通过建立多组分平行反应模型和开展非线性动力学解析,理论上探索植物焦炭氧化中的平行反应以及其对焦炭氧化反应活性影响的机制.运用高温管式炉并通入高纯氮气制备植物焦炭,热处理温度分别设定为450、520和800℃.运用同步热分析仪开展空气气氛中植物焦炭线性升温氧化实验,并通过对热重和质量损失速率实验数据进行拟合以获取焦炭氧化动力学参数值.解析结果证实,对于低中热处理温度（450和520℃）制得的焦炭,其质量损失速率及对应的热流率曲线的变化特征主要是由残留木质素、无定形碳及粗脂肪和粗蛋白等其它反应物质的平行氧化反应叠加而成;当热处理温度达到800℃时,焦炭中活性物质基本为无定形碳,氧化则可简化为无定形碳的单步反应.残留木质素氧化反应的活化能最低,范围为86-147 k J·mol-1,相应的温度作用区间为300-480℃;无定形碳的活化能为174-208kJ·mol-1,反应温度在370-520℃之间;其它物质的反应活化能为214-225 k J·mol-1,温度作用区间在420~510℃之间.焦炭的氧化活性主要由残留木质素含量决定.随着热处理温度升高,残留木质素含量降低,同时另两个反应组分的氧化活化能均有所增大,导致焦炭的氧化反应活性下降.

森林防火隔离带技术的变革与优势

以消减可燃物的方式预防和阻隔森林火灾是林火管理工作的核心。传统阻隔技术向遮荫型防隔火技术的演变已成为近10余年西方多林国家林火管理工作的重要走向。从林火的特点和蔓延基本规律出发,遮荫型防火隔离带技术通过局部消减可燃物载量和规则化可燃物分布,显著降低其可能形成的林火强度,使大多数火灾自行熄灭。该项技术的实施不受区域和气候条件限制;与传统全光式防火隔离带和生物防火林带相比,不但工作量较小,对林分植被和生态环境的干扰也较小。该项技术实现了偶发性林火的防控、森林健康及生态维护的有机结合,以此替代传统防火隔离带技术效益显著。针对遮荫型防隔火技术的进一步研究工作应包括不同稀化程度林带潜在火行为和其防隔火效能的量化评估、林地局部可燃物稀化的高效作业机具以及伴随该项技术实施产生的大量生物质副产品的有效利用问题。