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。

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。

火焰蔓延仪在消防领域的应用分析

分析小尺度量热装置火焰蔓延仪(Fire Propaga-tion Apparatus,FPA)装置的构造特点,着重介绍红外加热系统和气体控制系统,分析可利用FPA开展的实验研究。介绍了国际上的相关标准现状,将FPA与相关量热仪进行了对比,并归纳总结了国际上利用FPA开展的研究工作。提出了今后可以利用FPA在消防领域开展的应用研究工作及其重大意义。

航空煤油火焰蔓延脉动过程数值模拟研究

建立了航空煤油火焰脉动模型,并进行了数值模拟.根据航空煤油的活化能计算平均反应速率,参照火焰温度的实验测量结果,确定以最大燃烧化学反应速率0.077kg·m-3·s-1为航空煤油着火判据.通过对燃料蒸气浓度分布、速度矢量分布、反应速率分布和温度分布数值模拟结果的分析,将航空煤油火焰蔓延脉动过程划分为发展阶段和衰退阶段,并证明主火焰的着火方式主要包括扩散燃烧和预混燃烧,闪燃火焰为预混燃烧.建立了航空煤油火蔓延脉动频率预测模型.证明燃料初温低于闪点时,火焰脉动频率随T00.58正比增长;当燃料初温高于闪点时,脉动频率随T0正比增长.

基于实验和数值模拟的画布类材料竖向火焰蔓延研究

为了更准确的预测和判断画布类材料的竖向着火过程,减少此类事故的发生,保障劳动者生命财产安全,根据Quintiere等人提出的热物理模型,推导出火焰沿竖向蔓延的数学规律。通过对画布材料的实验研究并与火灾动力学软件FDS数值模拟得出的结果进行比较,得出其在竖向燃烧的相关参数。重点研究了火焰形态、火焰高度、火蔓延速度、油画布表面温度、质量损失速率和热释放速率,得到了油画布的火灾增长系数为0.1228。实验表明,画布的竖向燃烧速度远远大于其在水平方向的速度,因此在全景画馆中的火灾危险性是非常突出的。

室内可燃气体泄漏过程中的着火与火焰蔓延

采用小尺度箱体及液化石油气模拟室内燃气泄漏的条件,通过电火花点火,实验研究了在燃气泄漏过程中的着火与火焰蔓延的现象与规律.实验结果表明,火焰首先在燃料燃烧的浓限和稀限之间的可燃区域传播,并且在化学恰当比附近区域的传播速度最大,因此燃气的动态浓度场决定了火焰蔓延的形状.并表明可燃区域是一个逐渐发展的区域,最终其高度与窗沿高度相当,在此区域内点火最容易成功,因此是气体燃料泄漏后发生火灾的最危险的区域.实验结果还揭示了在火焰蔓延过程中,存在着由火焰面推进传播向空间整体燃烧过渡的现象.

阻燃防护服火焰蔓延性测试仪的研制

采用机电一体化技术开发了一种基于ISO—15025标准的阻燃防护服火焰蔓延性测试仪,实现了燃烧器火焰长度的自动确定,解决了人工观察确定误差大问题,提高了防护服火焰蔓延性测试的自动化水平,为阻燃防护服与面料生产企业生产过程质量控制提供了有效手段。

基于火焰蔓延仪的吸音板材燃烧性能

采用火焰蔓延仪(FPA),对3种聚酯纤维类吸音板材和两种木质吸音板材在不同辐射热作用下的热量释放、质量损失和烟气生成等进行了研究。对比分析发现,3种聚酯纤维吸音板中,烫金聚酯纤维吸音板的防火性能明显强于其他两种吸音板,而木质类吸音板材的防火性能又明显强于聚酯纤维类吸音板。

基于火焰蔓延仪的典型换流变压器绝缘油燃烧特性试验研究

利用火焰蔓延仪开展了不同油层厚度和外加辐照强度对典型换流变压器KI50X型绝缘油的点燃时间、热释放速率、CO及烟气生成速率等燃烧特性影响的试验研究,并计算了绝缘油的火灾增长系数。结果表明:KI50X型绝缘油的点燃时间随着外加辐照强度的增大先迅速缩短,而后缓慢缩短,且随着油量的增加其点燃时间先增加后下降,随后保持在40 s左右;本试验中,当油层厚度为4.4 mm以上时,能够完整观察到池火5个典型的燃烧状态,并且绝缘油的热释放速率(HRR)的变化趋势能够与之对应;随着油量的增加,绝缘油燃烧效率先降低后保持不变;随着外加辐照强度的增加,绝缘油燃烧效率下降;就火灾增长系数而言,外加辐照强度的增加导致绝缘油的火灾危险性增大,而油量的增加并未导致其火灾危险性持续增加;峰值HRR在5 mL油量下不到400 kW/m^2,随着油量的快速增加,峰值HRR增速放缓,在50 mL油量时,峰值HRR不到900 kW/m^2,而随着辐照强度的增加,在辐射强度为5~10 kW时峰值HRR出现了显著增长,但随后峰值HRR在800 kW/m^2附近微弱波动。

电缆表面温度对电弧引燃电缆及火焰蔓延影响

采用雅各布天梯电弧作为火源,通过加热器控制电缆表面温度,构建了电弧引燃110 kV电压等级的交联聚乙烯电缆实验平台,研究了电弧特性、电缆引燃及火焰蔓延过程。其中,电弧的维持电压幅值为3 kV,电流幅值为0.13 A,电弧气体温度为2000 K。保持电弧火源不变,结合电弧引燃电缆实验与火灾动力学模拟结果,发现随着电缆表面温度从100℃上升至200℃,电缆点燃所需时间越短,水平和垂直火焰蔓延速度增加,导致燃烧后电缆破损的面积越大。研究可为电缆火灾评估及预防提供重要参考。

初始线性火源的秸秆火焰蔓延及燃烧特性实验

秸秆是引起山火的常见典型可燃物之一。为了有效预防由秸秆火灾引起的大规模山火,有必要对秸秆燃烧过程进行深入研究。开展了长度为1 m、宽度为0.1~0.6 m的初始线性火源的秸秆燃烧实验。对比分析了不同工况下的火焰蔓延扩散过程,并对秸秆的质量损失速率、火焰温度等燃烧特性进行了分析。结果表明:秸秆燃烧过程呈现匀速蔓延的特点,蔓延速率与秸秆宽度呈正相关关系;火焰前锋在宽度较窄时呈现凹形形状,在宽度较宽时呈现凸形形状。建立了秸秆的质量损失速率与火焰前锋横纵比的定量模型;火焰温度呈现快速升高-缓慢降低的趋势,秸秆表面温度超过500℃。研究结果有助于评估由秸秆燃烧造成的火灾危险程度。

通信光缆电缆的火焰蔓延标准研究

随着宽带接入技术的发展,特别是光纤到户(FTTH)技术的迅猛发展,在天花板、地板、地毯下、墙面线槽、楼房竖井等空间已开始敷设大量的通信光缆电缆,室内布线的通信光缆电缆的阻燃特性日益受到重视。文章主要介绍最新版本的GB/T18380系列标准中对火焰蔓延试验的相关规定,以帮助相关人员了解和掌握光缆电缆阻燃性能的检验方法和质量控制。

飞机隔热隔音超细玻璃纤维棉燃烧火焰蔓延特性

为研究隔热隔音超细玻璃纤维棉燃烧火焰蔓延特性,采用火焰蔓延特性测试仪探究玻璃纤维棉暴露于辐射热源和明火条件下燃烧火焰蔓延特性.结果表明:当点火时间从15增大至85 s,火焰沿Y轴正向蔓延最远距离从280增至435 mm,火焰蔓延速率整体呈现先减小、后增大、再减小趋势,分析认为火焰蔓延速率中途会增大是因为试样在制样时切割出切口,使局部氧气在一定程度上得到补充.随辐射板温度在700~820℃范围内增大,火焰沿Y轴正向蔓延最远距离从280不断增大至390 mm,增幅达110 mm,说明增大辐射板温度对促进火焰蔓延有显著作用,而火焰沿Y轴正向蔓延最远距离的增长速率不断减小.通过监测燃烧过程中不同位置玻璃纤维棉内部实时温度,得到距离点火源越近的监测点温度整体偏高,同时最高温度出现的时间大于点火时间.得到火焰沿Y轴正向蔓延最远距离与玻璃纤维棉厚度的定量拟合曲线,得到玻璃纤维棉厚度在12~48 mm越大,对阻止火焰蔓延与扩散的效果越明显,分析认为这是由于大厚度玻璃纤维棉在燃烧时,有更多热量沿内部厚度方向传播,从而减小了火焰热量沿Y轴正向的传播速度和蔓延距离.

非绒面纺织品的火焰蔓延时间不确定度分析

为提高非绒面纺织品阻燃性能测试结果的准确性,对纺织品燃烧性能不确定度进行评估。依据GB/T14644-2014《纺织品燃烧性能45°方向燃烧速率的测定》的相关方法,采用火焰蔓延时间来评定织物的燃烧性能。以纯棉织物为例,对测试过程中不确定度来源进行了分析比较,并对不确定度分量进行评定及合成。研究结果表明:水洗前后火焰蔓延时间的扩展不确定度分别为0.38s和0.42s,测试过程中不确定度主要来源于试验重复性、计时器示数误差和火焰高度,其中试验重复性对不确定度影响最大。

一种新型阻燃防护服火焰蔓延性测试仪的研发

介绍一种全自动阻燃防护服火焰蔓延性测试仪。以HMI工业人机界面、PLC逻辑控制器、步进电机控制单元、数字编码器、UV火焰长度探测装置、质量流量控制器为核心部件,配合开发的专用操作软件,实现了表面燃烧和底部边缘燃烧两种测试方法的全自动控制,火焰长度的自动探测调节,燃烧器位置和角度的全自动控制,自动计时控制系统,提高了仪器的技术指标精度,保证了试验结果的准确稳定,为阻燃面料火焰蔓延性能的检测提供了可靠手段。

复合材料机身火焰蔓延适航问题研究

大型运输类飞机机身大量采用复合材料将带来新的防火安全问题。本文首先介绍了A380、B787和A350飞机复合材料机身火焰蔓延专用条件差异,通过回顾隔音隔热材料火焰蔓延试验要求的立法历程,介绍了专用条件和符合性验证试验方法的介绍,分析了这些飞机的专用条件存在差异的原因。最后还归纳了复合材料火焰蔓延问题的后续研究方向,并对相关规章修订进行了展望,可供复合材料机身的设计和验证参考使用。

外墙保温系统垂直壁面温度及火焰蔓延计算式

窗口火溢流是引发建筑外墙保温系统(ETICS)火灾的主要原因之一。在讨论分析开口因子和差异化中性轴对Yokoi计算式影响的基础上,探究不同火焰功率和开口尺寸条件下的垂直壁面温度分布特征;然后通过一系列试验测定不同火焰功率和聚苯乙烯泡沫板(EPS)厚度下的火焰垂直蔓延速度,测量不同火焰功率和EPS密度下样品表面温度和内部EPS烧损面积,提出基于INDEX法的ETICS火灾危险指数计算法。结果表明:垂直壁面温度计算式结果与试验结果具有良好的一致性;火焰蔓延计算式与试验测试结果吻合;INDEX法可以有效区分ETICS火灾危险性。

不同放置角度的建筑装饰材料PMMA的火焰蔓延特性

为揭示建筑装饰材料聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃,PMMA）在不同放置角度下的火焰蔓延特性,通过自主搭建的小尺寸火焰蔓延实验平台,研究了宽3 cm、厚2 mm的PMMA试样在不同放置角度下的火焰蔓延特性.结果表明,放置角度对PMMA火焰蔓延过程中热解区域及预热区长度影响很大,由15°到30°及由-60°到-75°时（顺流火焰蔓延时放置角度为正,逆流火焰蔓延时放置角度为负）,平均火焰倾角增加幅度最大.顺流火焰蔓延的火焰长度随放置角度增加先略减小后逐渐增加,逆流火焰蔓延的火焰长度随放置角度的绝对值增加而略减小.放置角度由0°到15°时,顺流火焰蔓延的平均速度呈跃变增长,逆流火焰蔓延的平均速度随放置角度绝对值增加而略降低.

隔热／隔音材料的燃烧性及火焰蔓延特性的试验方法之探讨

本文针对隔热／隔音材料的燃烧性及火焰蔓延特性的试验方法的一些细节进行探讨。特别是在试验数据的处理以及试验过程中应注意的问题等方面提出了笔者自己的见解．

基于点状火源的秸秆火焰蔓延及燃烧特性

该文开展了圆柱形堆积秸秆的燃烧实验,测量并研究了不同堆积直径和堆积厚度条件下秸秆火焰发展蔓延过程、火焰结构、秸秆质量损失以及火焰温度等,推导并建立了关于质量损失速率(m)、无量纲火焰温度的定量模型。结果表明:秸秆燃烧过程中随着燃烧区域的扩大,火焰结构会依次出现中空的锥形火焰、分离的环形火焰以及断裂的环形火焰形态;秸秆质量损失速率呈现先增加后减少的趋势,其峰值与秸秆初始质量具有良好的线性关系,表明秸秆的初始质量越大越有助于燃烧过程的热量积累;火焰轴心温度也呈现先增大后减小的趋势,无量纲火焰温度与(z-z_(0))·m^(-2/5)具有幂函数关系,随(z-z_(0))·m^(-2/5)增加呈现不同斜率的线性下降趋势,其中z-z_(0)为火焰相对高度。该研究结论有助于加深对秸秆火灾发展蔓延过程的认识。