自然通风下隧道贴壁双火源火焰融合特性研究

由于隧道内贴壁双火源火灾的特殊性,其火焰的特征与开放空间及非贴壁情况下的火灾有显著不同。文章在自然通风的矩形缩尺寸隧道模型内进行了一系列试验,结果表明:随火源间距s增大,火焰高度Hf先短暂增大后持续减小,最后趋于定值。相同火源尺寸下,隧道内贴壁双火源的火焰高度是贴壁单火源火焰高度的1.2~1.4倍。相同工况下,由于贴壁情况下的火焰羽流卷吸受限,双火源的火焰高度比位于中轴线情况下高15%~17%。与火源位于开放空间和隧道中轴线的情况相比,贴壁火源的最大火焰高度更高。基于空气卷吸理论推导了融合火焰高度Hf的经验公式,确定了无量纲间距为1.8时Hf最低。

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。

双火源间距和长宽比对地面温度分布影响研究

针对双火源间距、燃烧器长宽比和火源热释放速率对双火源中心线上温度分布的影响开展了试验研究。使用丙烷燃烧器模拟火源,火源间距为0.2,0.4,0.6 m,燃烧器长宽比为1、3、6。结果表明:双火源引起的地面中心线上的纵向温度分布大致符合指数衰减规律。其他条件相同时,随火源间距的增大,近火源处的中心线上同一位置的温度逐渐降低,而远火源处同一位置的温度基本不变。燃烧器长宽比对双火源中心线上的温度影响不是单调的。基于量纲分析法,建立了关联火源间距、燃烧器长宽比和热释放速率的中心线温度分布的经验公式,并与实验值吻合较好。

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。

隧道横向双火源间距对临界风速影响试验研究

搭建了1:8的缩尺寸试验台,开展了纵向通风隧道内横向双火源情况下临界风速的试验研究,研究了双火源在隧道内横向放置时,临界风速与火源功率、火源间距之间的变化关系。结果表明:当火源功率不变时,临界风速随火源间距的增加而逐渐降低;当火源间距不变时,临界风速在一定范围内随火源功率的增加而增大;而当火源功率增大至一定阈值时,临界风速就不再随着火源功率而改变。通过引入影响因子,量化了双火源间距对临界风速的影响,并进一步建立了横向双火源隧道火灾对应的临界风速模型。

双火源对隧道火灾临界风速影响的数值研究

为研究双火源隧道火灾所需临界风速的变化规律,利用火灾动力学软件FDS模拟了三种双火源隧道火灾,即两等火源功率的火灾、上风流火源功率较大火灾、上风流火源功率较小火灾。根据各火灾情景下所得临界风速u_(cr),分析两火源距离d、火源功率、上下风流位置关系对临界风速u_(cr)的影响规律。结果表明:随着两火源距离d的增加,所需临界风速u_(cr)逐渐减小,当两者达到临界距离d_x时,临界风速u_(cr)为稳定值,该值由两火源上下风流位置关系和总火源功率共同决定;同种双火源火灾随着总火源功率增大,所需的临界风速u_(cr)增大;随着两火源间距离d增大,各双火源火灾所需临界风速u_(cr)的减小幅度不同;两火源距离d为零时,所需临界风速u_(cr)略大于同火源功率的单火源火灾所需的临界风速。

煤炭地下气化双火源两阶段方法现场试验研究

鉴于传统煤炭地下气化工艺生产煤气热值低的状况 ,提出了双火源两阶段地下气化的新方法 ,并介绍了其基本原理。在物料平衡的基础上 ,对两阶段煤炭地下气化方法理想气化参数进行了计算。简述了双火源两阶段工艺的现场试验过程 ,通过对试验结果的分析 ,指出了中高热值水煤气的形成原因 ,从而证明了双火源两阶段地下气化方法的合理性和可行性 ,进一步表明双火源两阶段是我国煤炭地下气化全面实现商业化应用的重要技术工艺。

双火源隧道火灾的临界风速变化规律研究

使用FDS数值模拟的方法研究了双火源隧道火灾的临界风速变化规律,重点研究了纵向风下游火源功率及火源间距对临界风速的影响,并从烟气的能量转化过程分析了临界风速的变化原因。结果表明：在上游火源功率及火源间距确定的条件下,临界风速随下游火源功率增加的变化趋势近似呈线性增长;当火源间距为0时,临界风速均等同于与两个火源总功率相同的单火源情形;对于功率确定的上游火源及下游火源,临界风速随火源间距增加的变化趋势近似于二次方递减;对于功率确定的上游火源,每种功率的下游火源都存在一个对临界风速产生影响的＂极限距离＂,且此距离随下游火源功率增加的变化趋势近似呈线性增长。多火源隧道火灾的临界风速相比单火源存在较大区别,因此在隧道的通风设计中,应充分考虑多火源的分布情况,临界风速的计算也更加合理,制定的火灾扑救及人员疏散方案也更加科学。

双火源条件下的XPS火蔓延速率研究

为研究挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)双火源火焰迁移规律,在不同间距(0.5cm^8cm)的情况下,进行了竖直和水平方向的系列实验。研究发现:火蔓延速率和质量损失速率均随间距先上升后缓慢下降;在竖直方向实验中,火蔓延速率极值点右偏移于质量损失极值点。基于双火源条件下所得到的热解区传热系数,计算出火蔓延速率,进而分析火蔓延速率计算式中对流项和辐射项,得出火蔓延速率随间距的变化主要受控于传热系数。依据此结论解释了火蔓延速率和质量损失趋势相似但两者极值点偏移不同的原因。

双火源隧道火灾数值模拟

为了给隧道内双火源事故风险评估和人员疏散提供参考,构建了隧道双火源火灾FDS数值模型,开展不同火源宽度和间距下的双火源隧道火灾模拟,研究了隧道内近顶板纵向温度、火源中心火场温度、隧道流场以及火场附近热辐射的分布规律。研究结果表明:隧道双火源火灾由于火源间相互影响,火场内会形成热量和烟气的积聚;随着火源宽度增加,火源的单位面积热释放速率减小,隧道内最高温度迅速减小,隧道开口处温度基本保持不变,因此,远端纵向温度衰减因子逐渐减小;双火源之间靠近地面的温度呈现“凹”形分布,且大部分区间温度基本保持稳定,稳定温度随火源宽度增加呈现上升趋势;隧道内烟气最大流速出现在火羽流内部,受火源间距影响小,而受宽度影响大;伴随宽度增加,隧道内最大流速减小,浮力效应减弱,烟气层厚度增加,烟气沉降效应明显;双火源间近地面位置处的辐射受火源间距影响大,而受宽度影响小;随着火源间距增加,辐射强度迅速下降,但仍会对救援人员造成较大伤害。

载人航天器密封舱内双火源火灾烟气蔓延数值分析

在微重力条件下,载人航天器密封舱内火灾烟气运动规律与常重力条件下不同,给及时发现并扑救火灾增加了难度。文章采用FDS软件模拟双火源位于载人航天器内底面、侧面和顶面时受舱室内通风气流影响下的火灾烟气蔓延情况。结果表明:双火源位置对舱室内烟气浓度分布影响明显,双火源位于舱室侧面时,烟气受回旋气流的影响在竖直方向的蔓延速度较快。建议在大热耗仪器及回风口附近适当高度安放火灾探测器。采用多项式函数对通风条件下双火源位于侧面与顶面时平均烟气浓度在典型时段内变化过程进行了拟合,得到其拟合计算公式。且能较精确的反应出烟气浓度的变化情况。

纵向通风下公路隧道双火源火灾烟气扩散研究

采用试验与数值模拟研究隧道双火源火灾临界风速变化,重点研究双火源功率和火源间距对临界风速的影响。结果表明:随着火源间距增加,临界风速逐渐降低,当两火源间距达到极限距离时,临界风速不再变化;当进风口侧火源功率确定时,在极限间距内出风口侧火源功率增大时,临界风速增大,说明出风口侧的火源对进风口侧的烟气回流有促进作用;在极限间距内,临界风速随火源间距增加呈二次方递减到一个稳定值;两火源总功率越大,临界风速随着间距增加降低的幅度越明显。并得到了临界风速的预测公式。

密闭机舱双火源燃烧质量损失研究

在3m×3m×3.5m的缩尺度船舶密闭机舱中,设置边长分别为10,15,20cm的正方形双油池,试验研究双油池不同间距下的燃烧速率变化规律。结果表明:密闭舱室内的双油池火可分为初始、稳定、熄灭三个典型燃烧阶段,不同面积油池的无量纲间距S/L与燃烧速率之间呈现抛物线关系且质量损失率达到峰值时S/L的阈值在0.70~0.85,这与开放空间以及隧道半封闭空间下的双火源发展有很明显的区别。在此基础上,给出了密闭舱室内修正间距S的无量纲热释放速率预测模型。

双火源隧道火灾特性全尺寸试验研究

隧道内车辆碰撞、火焰和高温烟气的热辐射和热对流因素极易引发双火源或多火源火灾事故,严重威胁隧道内人员安全。为了研究纵向通风条件下隧道双火源火灾发展特性,依托上海市中心城区北横通道开展现场全尺寸火灾试验,采用2组柴油池火共进行5组火灾试验。通过改变双火源引燃时间和火源间距,重点分析连锁型双火源和不同火源间距下并发型双火源火灾发展全过程关键参数特性,包括火焰偏转角、火灾热释放速率、纵向和竖向烟气温度和一氧化碳浓度。试验结果表明:连锁型火灾由于引燃时间不同,双火源发展不同步,双火源的热释放速率呈现此消彼长的发展态势,竞争燃烧显著。对于火源间距为2 m的连锁型双火源,不同发展阶段内下游火源的火焰偏转角始终大于上游火源的火焰偏转角。对于火源间距为5 m、10 m、20 m的并发型双火源,双火源的火焰偏转角基本接近一致。与以往全尺寸隧道火灾试验中拱顶烟气温度测量方案不同,采用间距为1 m的光纤光栅温度传感器测量隧道拱顶烟气温度。对于不同火源间距下的双火源火灾,其拱顶纵向烟气温度分布曲线存在多个温度峰值。无论是热辐射导致的温度峰值还是热对流导致的温度峰值,下游火源对应的温度峰值始终大于上游火源对应的温度峰值。随着火源间距增大,双火源对应的拱顶烟气最高温度逐渐降低。双火源下游拱顶烟气温度分布特性与单火源下游拱顶温度分布均满足指数衰减规律。

隧道双火源火灾燃烧特性的实验研究

为研究火源间距对隧道内双火源燃烧特性的影响,本文开展小尺寸模型隧道火灾实验,研究不同间距下,空气卷吸与辐射热反馈的竞争关系对火源质量损失规律和顶棚温度变化规律的影响;分析远火源区顶棚温度的分布规律,并采用数值模拟方法进行验证。结果表明:火源间距在10~15 cm之间增大时,空气卷吸作用占主导地位,卷吸受限导致火源质量损失速率下降,顶棚最高温度也因此有所下降;当火源间距大于15 cm时,空气卷吸充足,辐射热反馈发挥主要作用。远火源区顶棚温度分布规律不受间距变化影响,始终满足指数衰减,且与数值模拟结果吻合良好;相较初期发展阶段,不同间距对充分发展阶段的远火源区顶棚温度纵向衰减快慢影响较大。

隧道内不同间距双火源火灾试验及模拟研究

为了给隧道双火源事故中的人员疏散和应急救援提供参考,研究隧道内部双火源火灾条件下的燃烧行为和火场环境,搭建1∶10缩尺寸模型隧道,开展不同火源间距下的双火源油池火试验,研究燃烧速率、火焰形态和隧道内纵向温度分布;同时,采用PyroSim数值模拟的方法分析隧道内部双火源之间距底面高度0.1、0.15 m处的温度分布。试验结果表明:对于隧道内双火源火灾,燃烧速率受火源间距影响较大,当间距从2D(D为油盘边长)增加到8D时,燃烧速率从20.43 g·m^(-2)·s^(-1)下降至15.61 g·m^(-2)·s^(-1),并逐渐接近单火源燃烧速率;燃烧过程中火焰相互倾斜,倾角会随着间距增加逐渐减小,由18.3°减小至13.7°。由于两火源之间相互限制,火源之间区域内的热量不断积聚,双火源间近顶板温度明显偏高;双火源外侧远端近顶板处纵向温度呈指数衰减规律,与单火源远端顶板温度分布规律保持一致,但温度衰减因子会随着双火源间距的增加逐渐变大。数值模拟结果表明:双火源之间温度分布呈现出凹形分布规律,随着距火源距离的增加,温度迅速下降,后逐渐保持稳定,但稳定区间内的温度仍然较高,会对人员造成伤害。双火源间距对火源之间的温度分布影响较大,随着间距增加,双火源之间的稳定温度逐渐下降,对人员疏散影响逐渐变小。双火源之间温度分布规律研究结果可为火灾初期被困人员的施救提供参考。

煤炭地下气化制氢技术理论与实践

氢能是当今人类理想的清洁能源。在煤炭地下气化过程中 ,制氢原理包括H2 O (气态 )的分解、热解作用及CO的变换反应。实验室模型实验、煤炭地下气化半工业性试验及工业性试验结果表明 ,采用长通道、大断面、双火源、两阶段煤炭地下气化新工艺 ,可实现所生产的地下水煤气中H2 含量基本均在 50 %以上 ,最高可达 72 3 6%。

煤炭地下气化的现状与展望

回顾了世界各国煤炭地下气化的发展状况，提出了地下气化必须解决的问题，展望了地下气化的发展前景。

煤炭产业革命的序曲

仲秋的一天,我前往唐山市中心的刘庄煤矿采访,矿区蓝天碧水,鲜花簇拥,高耸的空喷塔,低矮的过硫箱,条条错落有致的管道,计算机控制中心室……这里一改过去煤矿那种黑尘滚滚的特有“风貌”,而是一个花园式矿区。 这里是实现了1888年俄国化学家门捷列夫提出的煤炭地下气化设想的地方。将传统的物理采煤法变为化学采煤法(也就是使地下煤炭通过热化学反映就地转化为可燃气体的技术)。其中蕴含着一场产业技术革命,实践这场“革命”的,就是中国矿业大学教授余力。

余力教授和他的煤炭地下气化

1996年7月26日,江泽民总书记到唐山考察,特意安排时间会见了中国矿业大学教授余力。大学、留苏时期的老同学,一见面,围绕着经济,就打开了话题。江总书记问:“苏联为什么会垮台?”余力教授说:“他们搞的计划经济,太死了,那还不走进死胡同。”江总书记说:“我们中国要把社会主义大旗扛下去,就得实现两个转变。