一种提高镁合金零部件抗火焰蔓延性的尺寸设计类判据

基于能量守恒定律提出了一种用于预测棒状镁合金样品火焰蔓延时间的判据,该判据表明火焰蔓延时间主要受合金材料和样品尺寸影响。控制体的初始温度和起燃温度以及样品的S/l_c比值(样品横截面面积/横截面周长)是火焰蔓延时间的决定性因素。火焰蔓延时间正比于ΔH(将单位质量的样品从初始温度加热到起燃温度所需的能量)和S/l_c比值,这在Mg-8.5Al-0.5Zn-0.2Mn、Mg-2.7Nd-0.4Zn-0.6Zr和Mg-4.0Y-3.3Nd-0.5Zr镁合金中得到验证。对于尺寸相同的样品,Mg-8.5Al-0.5Zn-0.2Mn合金样品有着最大的ΔH以及最长的火焰蔓延时间;对于材质、长度和横截面面积相同的样品,圆形横截面样品的S/lc比值最大,其抗火焰蔓延性能也最佳。

液体燃料表面脉动火焰蔓延机理数值研究

针对液体表面火焰蔓延提出了一种基于气液两相耦合的三维数值模拟模型,并针对低于闪点温度的液体燃料表面脉动火焰蔓延机理进行了数值研究。本文提出的数值方法成功捕捉到脉动火焰蔓延现象,预测的火焰蔓延脉动频率及传播速率与实验值吻合良好。本研究表明:火焰前锋后方存在显著横向对流流动,促进从慢速蔓延向快速蔓延的转变;气液两相中的回流区是成对出现的,即使在快速蔓延阶段火焰前锋下方仍然存在较小的气相回流区;火焰前锋前方的表面对流流动强度不是始终单调衰减的,在慢速蔓延阶段存在“双峰流动”特征;火焰前锋前方的液面温度是单调下降的,不存在温度“波谷”,温度“波谷”的发现是存在薄热边界层和实验手段无法分辨薄边界层中的温度梯度导致的。

圆管内正丁醇火焰传播行为研究

本文通过自行设计的可存储燃料的高透石英玻璃管道模拟狭长受限空间,以正丁醇为燃料通过控制不同的封堵率研究受限空间液体火蔓延行为.研究表明,狭长管道内的火蔓延行为与开放空间火蔓延存在显著差异,对长100 cm、内径10 cm的管道表现为:火焰蔓延到右端、火焰蔓延到右端并发生火焰穿梭,火焰无法蔓延至另一端.管道内火焰分离,中间没有连续稳定燃烧区域.当封堵率超过63%时,火焰无法蔓延至另一端;管道内火焰分离位置随着封堵率增加而减小.

双层外立面对竖直向下火蔓延影响的实验研究

通过实验研究了层间效应对聚甲基丙烯酸甲酯向下火蔓延特性的影响。在6组不同立面间距的条件下,对火焰高度、温度、质量损失速率和火蔓延速率等参数进行研究,建立了传热物理模型并进行理论分析,得到了聚甲基丙烯酸甲酯在预热区和热解区的辐射、对流热反馈的函数表达式。实验结果表明:随着外立面之间间距的增大,火焰厚度减小,火焰形状发生不规则变化;质量损失速率的对数与火焰高度的对数呈线性关系;在间距不同的情况下,火焰的最高温度保持不变;随着间距的增加,火蔓延速率分3个阶段逐渐下降。理论分析表明:间距变化时,对流和辐射热反馈所占主导地位不同,当间距大于6 cm时,辐射热反馈几乎可以忽略不计,且理论分析与实验结果一致。

森林抚育对滇中地区潜在树冠火的影响

通过实地测量和试验室测定,比较森林抚育前后枝下高及火行为的差异,定量分析森林抚育前后发生潜在树冠火的可能性,为定量评价森林抚育效果提供依据。在云南森林自然中心选择5个林班,根据林班森林可燃物分布情况,采取不同森林抚育方式进行森林可燃物调控。通过对5个林班中39个小班森林抚育前后枝下高、可燃物载量等调查,计算出森林抚育前后地表可燃物的热值、林火强度、林火蔓延速度和火焰高度。对比分析结果表明,1)森林抚育前柏木(Cypress)林和华山松(Pinus armandii)林平均枝下高分别为0.30 m和1.43 m,模拟的地表火火焰高度分别为0.34 m和0.67 m。抚育前柏木林和华山松林有很大的树冠火发生隐患;2)抚育后的柏木林,枝下高1.50 m左右,与地表火焰间的距离由-0.04 m增加到1.34 m,较大地降低了高强度树冠火发生的隐患;3)抚育后的华山松林,枝下高2.02 m左右,与地表火焰间的距离增加到1.68 m,高强度树冠火发生的隐患也得到了很大程度降低。通过森林抚育,有效减少了地表可燃物载量和提高枝下高的高度,从而有效降低了发生树冠火的可能性。

管廊内电缆内热源燃烧过程数值模拟研究

为预防综合管廊局部空间内部电缆火灾事故的发生,运用火灾动力学模拟软件(FDS)三维传热和热解模型,对15 kV铜芯电缆着火过程建模分析,分析不同条件下电缆温度分布、热解气体分布以及热释放速率(HRR)曲线,以及热源功率大小和持续时间对电缆燃烧过程的影响。结果表明:随着热源功率的增加,电缆着火时间缩短,火灾危险性增加;HRR峰值和最大火蔓延长度(FSL)随着热源功率的增加呈线性增长;及时阻断热源功率可有效预防火灾的发生;热源功率消失后的火焰残留时间随着热源功率持续时间的增加整体呈现先上升后下降的趋势。

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。

基于燃烧相互作用的PMMA相向火蔓延特性实验研究

为探究耦合燃烧作用对固体可燃物火蔓延的影响,开展基于燃烧相互作用的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)相向火蔓延特性实验研究。通过对不同宽度PMMA板进行相向火蔓延实验,获取火焰图像、温度场、质量损失速率等燃烧特性参数,分析相向火蔓延的过程特点与燃烧机理。研究结果表明:相向火蔓延过程中存在4个典型阶段,即快速发展阶段、相对稳定阶段、相互作用阶段、融合燃尽阶段;PMMA板宽度对相向火蔓延燃烧特性的影响较为显著,体现在热解区长度、相对稳定状态维持时间、质量损失速率等参数变化上。研究结果可为建筑物保温材料的火灾预防抑制提供参考。

不同倾角铜铟镓硒光伏组件燃烧行为的试验研究

为加强对于光伏组件火灾危险性的控制,进一步推动光伏建筑一体化技术的广泛应用,选择不同倾角布置的铜铟镓硒光伏组件为研究对象,改变倾斜角度,通过对引燃时间、火蔓延速度和质量损失速率等参数的测试和分析,研究铜铟镓硒光伏组件的燃烧行为及传热机制。结果表明,倾角的增大加剧了光伏组件火灾蔓延的危险性。光伏组件迎火面的引燃时间随倾角增大呈先减小后增大的变化趋势,倾角从0°增加到45°,引燃时间减少16.39%;倾角从45°增加到90°,引燃时间增加76.47%。背火面向上火蔓延速度随倾角增大而增大,倾角为90°时最大,为18.08 mm/s,横向火蔓延速度受倾角影响较小,均为1 mm/s左右;当光伏组件倾角增加,燃烧产生的熔融滴落物形成池火是造成光伏组件火灾危险性加剧的重要原因。

局部构型影响固体材料可燃特性实验研究

以凹槽和凸台为研究对象,对具有局部构型的平板开展可燃特性研究,特别开展了火焰向下传播和熄灭实验.火焰传播分为两个阶段,初始阶段棱角处火焰传播速度比平面快,一段时间后,整个火焰锋面达到与棱角处火焰相同的传播速度.考虑棱角结构与圆柱表面火焰传播相似,将棱角等效成圆柱建立了火焰传播模型,可准确预测具有局部构型材料的火焰传播速度.棱角结构对可燃极限影响并不显著,局部最薄或最窄的尺度决定其极限氧气浓度.

试样宽度与外加辐射耦合作用下热塑性聚合物水平火蔓延特性研究

为探究试样宽度与外加辐射耦合作用下热塑性聚合物水平火蔓延特性,通过开展3种热塑性聚合物PP、PMMA和PS水平火蔓延实验,研究不同类型、不同宽度的试样在不同外加辐射耦合作用下的火焰高度、火蔓延速度和质量损失速率等特性的变化规律。研究结果表明:其水平火蔓延过程大致可分为发展、稳定蔓延和衰退3个阶段;在辐射传热与对流传热的竞争机制下,试件宽度从4 cm增至6 cm时,PP在外加辐射强度为7.5,10.0 kW/m^(2)下的火蔓延速度和质量损失速率均出现减小的情形;PMMA和PS的火蔓延速度和质量损失速率均随着外加辐射强度的增大而增大;PMMA和PS的质量损失速率随着试样宽度的增大而增大;热薄型PP和PMMA在火蔓延过程中的质量损失速率与理论计算结果吻合良好。研究结果可为热塑性聚合物在建筑工程中的实际应用和高层建筑的建筑防火设计提供一定参考。

金属氧化物对镁粉尘层火蔓延的增强机制

易分解的固体惰化剂会增加镁粉尘层的燃烧强度,为探究不易分解的金属氧化物对镁粉尘层燃烧是否具有抑制效应,选用TiO_(2),MgO,CaO进行实验研究.结果表明:TiO_(2),MgO,CaO在质量分数小于75%时均大幅增强镁粉尘层火蔓延的燃烧强度,火焰相态由纯镁粉尘层燃烧时的表面非均相燃烧转变为气相燃烧;TiO_(2)通过与镁粉发生化学反应增强火蔓延行为,在TiO_(2)和Mg恰好完全反应(TiO_(2)质量分数为63%)的工况下粉尘层火蔓延速率增加了50余倍;MgO,CaO通过增大镁粉颗粒间距,减缓了镁粉燃烧产物形成致密氧化层,从而增强镁粉尘层火蔓延行为.实际生产过程应高度关注镁粉尘与金属氧化物的接触工况,研究结果能够为镁粉尘防护提供理论基础.

1 kV配电电缆的电弧引燃过程研究

电弧引燃电缆是造成电缆火灾的重要因素,威胁电力设备的安全运行与电力可靠供应。为了探索配电电缆的电弧引燃机理,构建了电弧引燃1 kV配电电缆实验平台,结合火灾动力学仿真,初步研究了电弧引燃电缆过程中的点燃、火焰蔓延及温度场分布,进一步探索了电弧火源功率对电弧引燃电缆过程的影响。结果发现功率为300 W的电弧火源能够在10 s内引燃1 kV聚氯乙烯护套电力电缆,电缆引燃后最高温度达900℃。随着电弧火源功率增大,电弧引燃电缆时间显著减小,并进一步获得了引燃该电力电缆所需的临界电弧功率。运用FDS仿真电弧引燃电缆过程,实验与仿真结果基本一致:当电弧功率从21.93 W减小到7.15 W时,实验点火时间从19 s增加到57 s,仿真点火时间从15.3 s增加到55.9 s;当电弧功率低于7.15 W时,实验和仿真电缆均无法引燃。

金属芯热传导效应对电缆线水平火蔓延的影响

为研究金属芯热传导效应对导线水平火蔓延的影响,建立水平火蔓延速率预测模型,开展了不同热导率金属芯导线的火蔓延试验研究,从火焰形态、质量损失速率及火蔓延速率三个角度,分析了不同热导率及不同直径对电缆导线火蔓延的影响。研究结果表明,导线护套的质量损失速率随金属芯直径的增加先增加后减小。由于铜芯的热传导率较不锈钢芯大,铜芯导线预热区积累的热量较多,其质量损失速率相比不锈钢芯较大。铜芯、不锈钢芯直径分别为3.5、4.5 mm时,其质量损失速率分别达到极大值0.0071、0.0068 g/s。金属芯直径较小时,随着直径的增加,金属芯向已燃区的热传导热量增强,进而导致火蔓延速率下降;金属芯直径大于3.5 mm时,仅有金属芯下部的绝缘护套参与燃烧蔓延,相比于金属芯绝缘护套整体燃烧蔓延而言,下部的绝缘护套燃烧较快,进而导致火蔓延速率短暂上升;随着金属芯直径进一步增加,金属冷却作用显著增强,导致火蔓延速率再次下降。此外,在火焰完全覆盖导线表面时,火蔓延速率理论计算值与试验评估值吻合较好,表明推导的水平火蔓延速率理论模型适应性较好。

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。

含水乙醇表面火蔓延及燃烧特性研究

为研究含水乙醇蔓延燃烧特性,搭建液体火蔓延燃烧实验系统,采用工业和生活中常见的几种体积分数含水乙醇(50%、60%、75%、95%)溶液作为燃料,对不同初始温度下的蔓延火焰的形貌特征、火焰蔓延的速度及稳定燃烧后的平均火焰高度进行探究。结果表明,火焰的蔓延速度随乙醇体积分数的变大而增大,当初始温度大于乙醇的闪点时,则随着乙醇的初始温度升高,火势蔓延速率也会增加。当初始温度增加到一定温度,速度为最大值,而后随着初温的增大,火蔓延速度基本保持不变;火焰的高度与亮度随初始温度和乙醇体积分数的增加而增大。因此在高温状态下,高体积分数乙醇更具有火灾危险性,研究为控制此类火灾的蔓延、减小火灾造成的损失有重要意义。

点火源方式对建筑夹角构型火蔓延行为的影响

为探究点火源方式对建筑夹角构型聚氨酯保温材料火蔓延过程的影响,探究了不同点火源方式对逆流、顺流火蔓延典型特性参数的影响及机理。研究表明:在不同的点火源方式下,火焰前锋在转角处的火蔓延速率趋于稳定,火焰高度因拉伸效应而增加。双点火源情况下,板材表面火焰温度峰值大于单点火源条件下的峰值,立面夹角中心位置会出现二次升温现象,且双点火源条件下顺流火蔓延的质量损失速率最大达2.38 g/s,而单点火源条件下逆流火蔓延质量损失最大;顺流火蔓延时在水平方向的上方区域火蔓延速率大于下方区域火蔓延速率。

阻水玻纤纱延燃性及其热释放研究

由于各种牌号阻水玻纤纱的生产厂家的生产工艺和配方不同,因此,阻水混合物的成分和比例有所不同,产品的性能表现也不同。本工作通过相关的测试方法和设备,研究不同牌号、不同配方的阻水玻纤纱的延燃性、燃烧热释放,考察了阻水玻纤纱对光缆燃烧的影响。

关于森林燃烧火行为特征参数的计算与表述

森林的燃烧过程极为复杂 ,火行为是森林可燃物燃烧的一系列现象的总和。国内外林火研究人员多年来致力于火行为特征的研究描述 ,在火场范围 (周长或面积 )、火焰特征、火强度、火头的蔓延速度等方面取得了一些显著的进展 ,其中火强度、火焰高度和火蔓延速度是林火行为的 3大指标。火行为直接受火环境的影响。

北京西山可燃物特点及潜在火行为

以北京西山魏家村林场为研究区域,通过样地调查和森林清查数据将可燃物划分为针叶林、阔叶林、混交林和疏林地。根据样地调查和树木生物量模型计算不同类型和不同层次的可燃物载量、厚度和高度。根据2000—2006年当地气象数据,确定历史平均最大风速的平均值和主风向,在此背景下对风场进行模拟,进而对地表火和树冠火进行模拟计算,计算出不同类型火发生时火蔓延速度、火强度和火焰高度的分布图。地表火的蔓延速度为0.01～0.22m.s-1,树冠火的蔓延速度为0.12～2.25m.s-1;地表火的火线强度为144～6595kW.m-1,树冠火的火线强度为3214～189002kW.m-1;地表火的火焰高度为0.37～2.50m,树冠火的火焰高度为1.75～13.4m。通过对可燃物和火行为指标的计算,可以为防火林带规划和防火林管理提供依据,也可为可燃物管理、扑火安全防范等提供借鉴。