开敞空间氢气爆炸特性数值模拟研究

为研究开敞空间氢气爆炸危害,基于Fluent流体力学计算软件建立开敞氢气-空气爆炸的三维数值模型,在此基础上,模拟和分析了边长为0.5、1.0、2.0、3.0 m的立方体预混氢气-空气爆炸,并将数值模拟结果与TNO多能法和BST法的爆炸强度等级进行对比。结果表明,火焰传播距离约为初始氢气半径的2倍。爆炸最大压力出现位置的无量纲距离与气云初始半径近似成线性关系。TNO多能法和BST法爆炸强度等级的选择应根据气云初始尺寸的增大而增加。

两代天基红外传感器对隐身飞机尾焰探测能力分析

为了对比两代天基红外传感器对隐身飞机尾焰的探测能力,以美国SBIRS-GEO和Next-Gen OPIR星座作为研究对象,通过建立高轨红外探测模型以及构建对应的预警探测场景,对两代探测器在不同飞行状态时飞机尾焰的辐亮度响应特性和模拟成像效果进行量化对比.研究结果表明,两代天基红外探测器都可以用来探测飞机尾焰信号;飞机加力对尾焰温度和外形有显著影响,成为影响天基红外传感器探测性能的关键因素;Next-Gen OPIR搭载的新一代传感器可以在36000 km高度捕获和发现处于非加力状态的尾焰,其成像信噪比明显高于SBIRS-GEO传感器对处于加力状态尾焰的信噪比.

固定挡板约束条件下甲烷爆炸抑制实验研究

为抑制甲烷预混空气爆炸产生的超压和火焰传播,采用自制100 mm×100 mm×1000 mm管道,在同一位置放置固定挡板,对甲烷浓度为7.5%、9.5%和11.5%的爆炸特性和传播规律进行实验研究。通过分析固定挡板对不同浓度甲烷爆炸的影响,研究甲烷/空气爆炸后的超压和火焰传播特性,以及两者之间的多重耦合作用,为解释固定挡板对甲烷/空气预混爆炸的封堵和抑制机理提供数据支持。研究表明,固定挡板对爆炸超压和火焰传播速度有显著的影响。固定挡板能加速不同浓度甲烷/空气预混气体爆炸火焰空间结构变化,对火焰传播速度有明显抑制作用,可阻止高温含碳物质传播,约束甲烷爆炸范围,同时固定挡板能降低挡板右端超压峰值。研究结果对甲烷爆炸事故的预防和应急处理具有理论价值和指导意义。

高高原受限空间内小尺度油池火燃烧特性试验研究

为研究我国高高原地区的受限空间内液体燃料小尺度油池火燃烧特性,在高高原康定机场自主搭建受限空间内油池火的试验平台。共选取3类典型液体燃料(航空煤油、航空汽油、正庚烷)进行燃烧试验,测量火焰高度、火焰温度和烟气成分等变化规律,研究了高高原受限空间内小尺度油池火行为。研究发现:在高高原地区,正庚烷稳定燃烧阶段的平均火焰高度可以通过模型L/D=k+0.254Q^(2/5)/D表示,其中,火焰高度与压力之间的关系式为L/D~p^(-2/9)。3种燃料的火焰最高温度均超过600℃,而羽流轴线温升与火焰高度呈现-5/3的指数关系。产烟速率则表现出对环境压力的依赖性,其关系可表示为:v~p^(-1/3)。

半封闭空间内氢化镁粉尘爆炸火焰的传播特性

在自行搭建的5 L粉尘爆炸火焰传播特性实验装置中,实验研究了半封闭空间内氢化镁(MgH_(2))粉尘爆炸火焰的传播特性。实验结果表明:随MgH_(2)粉尘浓度的提高,MgH_(2)粉尘爆炸火焰由点火至稳定传播所用时间先缩短后延长以及预热区宽度先减小后增大,火焰亮度、锋面平滑度、及火焰传播速度呈先提高后降低的趋势,并在质量浓度为800 g/m^(3)时呈最佳燃烧状态。不同浓度的MgH_(2)粉尘爆炸火焰传播瞬时速度整体呈波动趋势,波动幅度随浓度的提高而先减小后增大,800 g/m^(3)时波动幅度最小,瞬时传播速度变化趋势随浓度的变化呈现不同的变化趋势。最后,根据MgH_(2)爆炸产物的XRD测试结果,分析MgH_(2)粉尘爆炸反应机理,发现MgH_(2)粉尘爆炸是以MgH_(2)燃烧反应为主并伴随有MgH_(2)和Mg(OH)2分解以及Mg和H_(2)氧化等多个总包反应的复杂过程,爆炸反应的最终产物为MgO。

多波束测深合理探测方案的设计及效果分析

以2023年“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛B题为背景,建立二维平面上多波束测深的覆盖宽度及条带重叠率的数学模型,并将其扩展至三维空间,设计了基于贪心思想的测线设计方案.进一步,在复杂海底测线方案设计时,通过改进飞蛾火焰算法,给出了具体的路径搜索流程,从简单地形测线的设计推进到复杂真实海底测量策略的优化,解决了多波束测深系统最优路线方案的设计问题,并且给出具体的图像和精确数据.本文结果对使用多波束测深系统进行实际海底地形测绘有一定参考价值.

改进ISCA算法的工业炉火焰图像阈值分割方法

工业炉是一种利用燃料燃烧的热量对物料进行加工的高温设备。若使用不当,极易发生爆炸现象,通过观测工业炉火焰图像可准确了解燃料的燃烧情况,避免事故的发生。但工业炉火焰图像易受燃烧工况等因素的影响,选取分割阈值存在一定的难度,无法准确地分割火焰图像。为此,提出一种基于改进ISCA算法的工业炉火焰图像阈值分割算法。利用混沌映射、归一化方式改进ISCA算法,根据贪婪选择设立对立学习机制,增加种群多样性,有效避免陷入局部最优解。基于中值滤波算法,对火焰图像噪声进行去除,利用阈值分割、灰度直方图,建立火焰图像阈值分割函数模型,结合Kapur熵最大化、累积分布函数求解该模型,完成工业炉火焰图像阈值分割。实验结果表明,所提算法的误分率始终低于2%,阈值分割用时在0.3 s以下,第17次迭代即可完成收敛,该算法在工业炉火焰图像阈值分割过程中运算速度快且阈值分割误分率低,可以有效提高工业炉火焰图像阈值分割精度。

公路隧道内不同横向位置的双火源火焰合并概率试验研究

为探究自然通风隧道内双火源的火焰合并概率,利用1:10小尺寸隧道模型开展了一系列试验。重点分析了火源的横向位置和火源间距对火焰合并概率的影响。结果表明:不同隧道横向位置的双火源火焰合并都存在持续合并阶段、间歇合并阶段和不合并阶段。在持续合并阶段内,火焰合并概率始终等于1,在间歇合并阶段内,火焰合并概率随着火源间距的增大而快速减小;在不合并阶段内,火焰合并概率始终为0;贴壁位置处的双火源火焰合并概率下降至0所需要的火源间距更大。在无量纲火源间距大于等于0.27且小于等于0.8区间内:当无量纲火源横向位置小于等于0.06时,火焰合并概率比值随着无量纲火源横向位置的增大而线性减小;当无量纲火源横向位置大于0.06时,火焰合并概率比值不再随无量纲火源横向位置的增大而发生明显变化。

狭长空间内220 kV大截面电缆火灾燃烧特点及烟气控制实验研究

为避免或减小狭长空间内高压电缆发生火灾的可能性,建立实验模型,研究狭长空间内220 kV大截面电缆燃烧行为及火蔓延规律,分析电缆火灾下狭长空间顶棚温度分布特征,结合电缆燃烧过程,设置5种不同排烟风速,探究排烟风速对其排烟效率的影响。研究结果表明:大截面电缆阻燃外护套受火后会形成高温熔融物,滴落在底板上的高温熔融物燃烧形成的火焰不断撞击电缆底部,在电缆底部形成的拓展火焰持续加热,引燃电缆外护套的未燃段,进而导致电缆外护套底部火焰在热对流和辐射的作用下稳定蔓延;狭长空间顶棚温度峰值及熔滴火焰前锋位置随着电缆阻燃外护套的持续燃烧不断推移;大截面电缆火焰蔓延速度呈现先增大、后稳定、再减小趋势;电缆燃烧过程中会产生大量有毒烟气,采用侧向排烟模式能够有效降低狭长空间内烟气浓度。研究结果可为狭长空间内敷设电缆的消防排烟设计提供参考。

狭长受限空间内燃气燃爆灾害演化规律研究

为研究狭长受限空间内燃气燃爆灾害的演化规律,采用三维仿真软件FLACS分别建立全密闭和半密闭两种受限空间模型,对比研究了两种模型的火焰传播形态,并分析了两种模型在不同工况条件下的燃爆灾害规律。结果表明:两种模型的燃爆火焰形态显著不同;对于全密闭空间,长宽比的增大会促进火焰传播同时增大爆炸压力值的波动性,稍高于化学当量比的甲烷浓度产生的爆炸压力最大,并且富燃爆炸比贫燃爆炸的压力要高;对于半密闭空间,气云体积的增大加大了火焰传播距离的同时也提高了开口端的火焰速度,障碍物数量的增多使爆炸火焰呈现先促进后削弱的现象,并加大了最大爆炸压力和燃爆速度的变化幅度。

多侧受限边界对水平喷射火温度特性的影响研究

为探明受限空间内喷射火撞击邻近建筑物后火羽流的温度场特征,采用试验研究双侧和三侧受限边界下喷射火温度分布特征。结果表明:障碍物壁面温度明显受障碍物限制形式、孔-板间距、泄漏速率影响;当两侧障碍物距离较小时,阻挡喷射火横向扩散。孔-板间距较小时,双侧障碍物限制下高温区位于壁面中心,厚度较小;泄漏速率增大,三侧障碍物限制下的火焰高度明显高于双侧障碍物内火焰,并且受限区温度更高。孔-板间距增加,高温区向上移,温度与泄漏速率成正比,温升区面积增大,但温升减小,并且多侧障碍物设置会影响高温区移动。

基于RGB空间的非经典K最近邻算法应用研究

为迅速、准确、无过多人工干预的进行图像分割,提出了一种K最近邻算聚类方法并将其应用于图像处理。与经典K最近邻算法在样本库中寻找最近邻点不同,该算法在待分割图像的RGB空间中寻找每一个像素点的K个最近邻点,参考所有像素点同最近邻点之间的平均距离,引入聚类阈值并对像素点的归属进行判断。对火焰图像的分割实验结果表明,在分割精度相接近的情况下,该算法的分割速度要快于其它几种常见算法。

防火槽盒保护下电缆火蔓延机理研究

随着经济的快速发展,交通隧道、电缆隧道和城市地下综合管廊等狭长受限空间在方便人们出行和城市管理的同时,也增加了发生火灾危害的可能性。由于综合管廊狭长受限空间结构的特点,导致狭长空间内发生火灾时,烟气会向两端蔓延积累并迅速沉降,因此可能会造成严重的人员伤亡事故。本文以防火槽盒内电缆火蔓延为研究对象,通过对电缆燃烧过程中的火焰形态、火焰尺寸、火蔓延速度、电缆表面温度以及防火槽盒外表面温度展开分析,研究不同电缆间距及电缆根数下电缆火蔓延特征,最终建立预测火蔓延速度的数学模型,实验结果和数学模型预测结果较一致。

纵向通风作用下隧道内双火源火焰高度变化规律研究

运用FDS数值模拟,建立了1∶5的缩尺隧道模型。通过理论分析,研究了纵向风速、火源间距、火源功率等参数对双火源火焰高度的影响。结果表明,火源热释放速率从60 kW增大到120 kW时,平均火焰高度与最大火焰高度增大;纵向风速从0.2 m/s增大到0.4 m/s时,平均火焰高度与最大火焰高度减小;双火源的间距从0 m增大到0.6 m时,平均火焰高度与最大火焰高度减小。考虑理查森数与纵向风速的影响,建立了双火源火源间距与融合火焰高度的无量纲预测模型。

密闭管道内不同开孔形状的柔性障碍物对可燃气体爆炸特性的影响研究

为了减少化工工业生产过程中瓦斯爆炸事故导致的巨大损失,研究了在模拟密闭管道(横截面80 mm×80 mm,长度3 m)内不同开孔形状的柔性障碍物对可燃气体爆炸特性的影响机制。选用厚度为0.105 mm,开孔形状分别为圆形、方形、三角形、四齿、六齿、八齿的植物纤维膜为柔性障碍物,阻塞率为75%,以孔隙周长和形状对称特性作为判断孔隙锐度的标准。柔性障碍物的不同开孔形状对爆炸传播有显著影响。分析了甲烷爆炸过程中的超压特性和火焰特点并得出结论。结果说明爆炸波在彻底冲开膜片前产生了多次激波反射和孔隙大小对射流的约束共同作用下,诱导了湍流火焰的产生。另外,通过与空载管道的超压和火焰强度变化趋势对比,发现孔隙柔性障碍物形状决定火焰通过柔性孔隙障碍物的加速度,而在周长和形状为特定一条件下,对爆炸激励的影响不明显。需要注意的是,柔性孔隙障碍物下游的超压是爆炸强度和湍流共同作用的结果。综上所述,柔性障碍物开孔形状对甲烷爆炸的影响表现为一个激励-抑制的特殊机制。柔性障碍物孔隙形状在一定范围内增加显著激励了火焰传播速度,进而导致湍流强度和爆炸强度增加。

半封闭管道内CO_(2)对掺氢甲烷燃爆特性的影响

为了研究CO_(2)对掺氢甲烷燃爆火焰向封闭空间传播的影响,采用半封闭试验管道,在开口端点火的条件下,研究CO_(2)对不同掺氢比例掺氢甲烷预混气体燃爆火焰传播的抑制试验。试验结果显示:掺氢比例的增加使掺氢甲烷火焰传播速度加快,爆炸压力升高。随着掺氢甲烷中CO_(2)体积分数的增加,指形火焰传播距离变长,郁金香火焰结构逐渐失稳,火焰传播速度减小,爆炸压力峰值降低,火焰和爆炸压力出现大幅度振荡的时间延后,振荡幅度减小。当CO_(2)体积分数达到15%时,不再形成郁金香火焰,火焰和爆炸压力不再大幅度振荡。研究表明,添加CO_(2)可以有效抑制掺氢甲烷燃爆火焰向封闭空间的传播。

半封闭空间阴燃模型及向明火转化的研究

为了了解在半封闭空间中阴燃的机制,对水平放置在实验体中的聚氨酯泡沫进行了阴燃实验研究.结果表明,在半封闭空间中,阴燃反应区域温度低且变化幅度小.根据在此条件下阴燃的特点,建立了阴燃区域的模型.分析表明,该模型在未反应区(未燃材料区)中符合得很好,在碳层区中除了接近材料末端处的温度外,其余各处误差不大.从阴燃转明火的实验研究中发现,在半封闭空间中的阴燃很难形成明火,能否向明火转化主要由泡沫中氧气含量控制.

基于CMYK空间的火灾区域粒子群优化快速定位方法

将CMYK彩色模型下的火焰颜色特征与粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法求最优适应度函数相结合,通过合理配置检测窗口邻域中颜色的M,Y各低阶矩的特征在欧氏距离分类适应度函数中的因子及PSO中各参数,使森林监测图像的可疑火灾着火点的初定位控制在0.05 s以内,最后通过对火灾样本关键图与初定位可疑着火点的颜色互信息的计算而得到进一步的校验和确定。实验表明改进的PSO算法具有良好的火焰区域定位效果及运算效率,易于移植到前端探测的嵌入式火灾探测系统。

关于火灾火焰图像检测算法研究

火灾火焰的及时检测能最大限度的降低火灾对人生命财产等造成的危害。有效克服环境光照变化等干扰物对火焰识别的影响以及实现火灾实时准确预警是研究的难点。为了能在环境光照强度发生变化时从干扰物中准确提取火焰特征,提出了采用向量空间相关理论的变化区域提取算法,从中提取火焰特征变量。为了提高系统实时性降低误报率,采用了改进的动态模糊神经网络(Improved Dynamic Fuzzy Neural Network,IDFNN)对火焰特征变量进行综合判决。仿真结果表明,采用的方法能较准确识别出光照变化下复杂环境中的火焰,综合判定系统的实时性较好,误报率较低。

燃料流量与管径对受限空间下微小火焰的影响分析

以小尺度陶瓷管为燃烧器喷管,与陶瓷管同轴的石英玻璃管构造受限空间,采用实验研究与数值模拟相结合的方法分析液体乙醇微小射流火焰特性。实验选择燃料流量为0-2.1 m L/h,采用的陶瓷管包括内径为1.0 mm和0.6 mm两种。结合火焰燃烧过程所涉及的特征参数,包括液滴高温蒸发率、无量纲热损失、熄火直径等,分析了不同燃料流量、燃烧器喷管内径等对微火焰稳定性、温度、形态等的影响。液体乙醇流量从零开始增加,整个变化过程会经历5个阶段,同时微火焰温度升高。而燃烧器喷管内径减小时,火焰逐渐变小。研究结果表明在稳定燃烧阶段,随着乙醇燃料流量的增加,燃料整体高温蒸发量增大,微火焰温度升高、火焰高度增大;随着燃烧器喷管内径减小,无量纲热损失增大,微火焰温度降低、火焰高度减小。适当调整燃料流量和燃烧器喷管内径有利于增强火焰稳定性。