基于FDS的风扇舱双油池火温度变化特征

航空发动机燃油泄漏形成的油池火威胁发动机运行和飞机安全,为描述风扇舱内油池火复杂的物理传播过程,开展双油池火温度变化特征的研究。首先,基于火灾动力学模拟软件(FDS)建立CFM56-7B发动机风扇舱物理计算模型;然后,比较Trent 800发动机风扇舱单油池火温度计算值与试验值,验证网格独立性;最后,借助探测器和切片分析舱内双油池火的发展过程和温度变化特征。结果表明:双油池火温度在舱内环向上经历增加和振荡准稳态2个变化阶段,其变化幅度与探测器和油池的间距相关;油池火向左偏斜现象导致左半边温度较高;火焰在轴向上经历火羽流上浮、火焰开始融合、融合扩大和完全融合等阶段。

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)。

横向风作用下变压器油池火燃烧速率与火焰倾角关系研究

油浸式变压器多布置在室外环境,环境风是影响开放空间变压器火灾发展的关键因素。本文开展了不同风速下变压器油池火试验,分析了池火燃烧速率和火焰倾角等参数的变化规律,结果表明:环境风流的作用下,池火稳定燃烧速率呈现非单调演化规律,稳定燃烧速率随着风速的增加,呈现上升、下降、上升的趋势。由于浮力与油池直径呈正相关,火焰倾角与油池直径成反比;随风速增加,火焰倾角呈现快速增加,然后缓慢增加的趋势。对比了4种火焰倾角模型,得到了适用性最佳的变压器油火焰倾角模型。研究结果可为变压器火灾控制提供理论支撑。

狭小密闭空间下消防水池施工技术与质量控制

消防水池作为公共建筑中应急贮存消防用水的重要功能性设施,被广泛应用到工程建设中。论文通过对狭小密闭空间下消防水池的施工特点与工程结构重要性进行分析,从消防水池浇筑方案优化、混凝土材料选择、施工过程质量控制、水池渗漏试验等方面提高工程消防水池结构质量,避免出现水池渗漏现象。

基于FDS的甲醇罐区池火灾事故后果模拟研究

大容量的甲醇罐区在化工生产项目中往往以危险化学品重大危险源的形式存在,是防灭火的重点目标。为了有效选取最佳灭火位置、科学应急处置,通过池火灾模型分析与计算,确定在常年风向一定时,无风、平均风速、中等风速和最大风速四种情况下甲醇储罐区池火灾热辐射强度和范围。文章以徐州某化工厂甲醇罐区为例,利用FDS软件构建火灾模型,分析不同热辐射强度对周围设施的破坏情况,完成热辐射演化三维仿真效果,为最佳灭火位置设置提供建议。

林火干扰对广东木荷林生态系统碳库的影响

森林碳库在调节CO_(2)浓度及减缓温室效应中发挥重要作用。选择广东木荷林为研究对象,通过相邻样地法,进行植被生物量、凋落物生物量和土壤样品的采样与分析,研究不同林火干扰强度对生态系统各碳库(植被、凋落物和土壤有机碳)及生态系统碳库产生的变化规律和空间分布格局及其影响因素。结果表明:(1)植被碳密度随着林火干扰强度增强而减少,但不同组分的植被碳密度表现不同,乔木碳密度在不同林火干扰强度下变化与植被碳密度变化一致,而草本碳密度则呈现相反的变化趋势。相同林火干扰强度下,植被各组分碳密度均以乔木层降低幅度最大。林火干扰均显著降低了凋落物碳密度(P<0.05),并随林火干扰强度的增加其降低幅度增大,但不同林火干扰强度对凋落物碳密度的影响有所差异。林火干扰降低了土壤有机碳密度,且降低幅度随土层深度增加而逐渐变小。(2)林火干扰有效改变了生态系统碳库的空间分布格局。对照样地木荷林土壤有机碳库占比为61.59%,重度林火干扰后,土壤有机碳库占比为70.96%呈上升趋势,占生态系统碳库的优势地位,而植被和凋落物碳库占比呈下降趋势,处于生态系统碳库的次要地位。(3)双因素方差分析表明,林火干扰强度和土层深度及其交互作用均对土壤有机碳密度有显著影响。林火干扰强度解释了土壤有机碳密度变异的8.78%,土层深度解释了土壤有机碳密度变异的70.29%,林火干扰强度和土层深度之间的交互作用解释了土壤有机碳密度变异的8.16%。研究发现:林火干扰降低了生态系统碳库,且随林火干扰强度增加,生态系统碳库减少幅度增大。轻度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异不显著,而中度和重度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异显著。研究结果对深化亚热带森林固碳效应的影响机制提供理论支撑。

中心电极结构DBD等离子体辅助煤炭池火燃烧特性

为研究块状煤的高效燃烧,论文搭建了以氧化铝陶瓷作为介质的中心电极结构助燃装置;针对不规则块状煤炭燃烧的放电独特环境,研究了激励源参数和装置结构在特殊工质气体氛围下的系统匹配和介质阻挡放电等离子体辅助煤炭池火燃烧时的放电特性及对燃烧的影响。结果表明:外施峰值电压在12~16k V范围内装置实现稳定放电,放电功率大小与外施电压大小正相关;装置内径为30~60mm,增大内径且电压保持不变,放电功率先增大后减小。介质阻挡放电等离子体介入后煤炭池火燃烧面逐步扩大,燃烧极限得到了拓展,燃烧温度和质量衰减得到明显提升,并与电压大小正相关,助燃前期温度和质量随电压变化明显。

高海拔模拟环境下喷雾撞壁的燃烧和传热特性研究

高海拔下低温低压的极端工作环境容易导致发动机燃烧室出现严重的液相喷雾撞壁现象,造成附壁燃烧和池火,是引起活塞或燃烧室壁面烧蚀的重要原因之一.然而,目前关于高海拔环境下发动机喷雾撞壁、附壁燃烧及壁面传热的详细机理尚不完全清楚.本文基于定容燃烧弹模型结合多维数值模拟方法,开展了高海拔模拟环境下喷雾撞壁的燃烧及壁面传热特性研究.结果表明:缸内背景压力通过影响喷雾贯穿能力对喷雾液相撞壁起到主导作用,而背景温度则主要通过影响燃油蒸发速率对油膜演化起显著作用;附壁油膜的质量和蒸发速率对池火燃烧特性具有很大影响,高温高压条件下附壁油膜质量小、蒸发速率快,使得池火出现时间更早、峰值强度最大且持续时间最短;低温低压条件下油膜质量最大且蒸发速率最慢,使得池火出现时间更晚、峰值强度最小且燃烧持续时间最长;而高温低压和低温高压条件下池火的出现时间、峰值强度和持续时间则居于中间;此外,附壁油膜和近壁池火会显著增强定容弹流场对壁面传热的影响作用,附壁燃烧使得壁面长时间处于高热流密度和高温的状态,而油膜分布和蒸发速率的差异会导致池火区壁面热流密度和温度分布不均,且变化剧烈波动,由此引发的热疲劳可能是壁面烧蚀的重要原因.

多梯度静态低气压条件小尺度油池火燃烧特性

通过实地试验和数值模拟的方法,开展了多梯度静态低压条件下小尺度油池火燃烧特性研究。分析不同火源直径和气压条件下油池火的火焰高度、火焰轴心温度等特征参量。结果表明:火焰形状随环境气压的降低呈现尖端宽度减小、炭黑颗粒增多和火焰振荡频率减弱的特征。在相同气压条件下,火焰平均高度与油池直径呈正相关性;在相同油池直径下,火焰平均高度与压力呈负相关性。拟合得到无量纲火焰高度与燃烧速率、火源直径和环境气压的定量函数关系。火焰轴心温度分为快速上升阶段和稳定阶段。油池直径一致时,火焰轴心温度峰值呈现先增加后衰减的趋势。

LNG火灾事故下相邻储罐水喷淋热辐射防护研究

为研究LNG储罐火灾事故下水喷淋对相邻储罐的热辐射防护影响,以某LNG罐区为研究对象,基于动态火灾仿真软件FDS建立LNG水喷淋冷却防护下火灾仿真模型,研究喷淋流量和风速对热辐射防护的影响,并对火灾热辐射导致罐壁钢材热应力失效进行分析。结果表明,水喷淋可以有效降低相邻储罐接收到的热辐射值,热辐射防护效率随着喷淋流量的增加相应提高,总体保持在30%~40%;同时水喷淋装置能有效延长罐壁因热辐射导致升温发生热应力失效的时间,但随着风速的增加,整体热应力失效的时间明显缩短;最不利点的喷淋流量应基于火灾应急响应时间进行设计。

基于灰色关联分析的变压器油池火灭火有效性评估

为对比不同灭火系统扑灭变压器油池火灾有效性,提升变压器油池火灭火效能,从效能评估工具、灭火临界参数、行业法规中提取并确定变压器油池火灭火有效性评估指标集,包括3个观测变量,6个具体指标。采用Otsu’s算法处理火灾图像确定火焰面积,通过层次分析法确定各观测变量和具体指标权重,应用灰色关联法构建变压器油池灭火有效性评估模型。以水喷雾、细水雾、泡沫-水喷雾以及泡沫-细水雾扑灭变压器油池火为例,分别计算4种不同灭火系统下的灭火有效性。研究结果表明:灭火方案有效性为泡沫细水雾(1.000)>纯水细水雾(0.653)>泡沫水喷雾(0.447)>纯水水喷雾(0.333)。该评估模型可以将消防监测终端采集的消防大数据与人工智能技术有效结合,有助于提升变压器消防安全管理智能化水平。

不同边缘高度油池火传热和烟气分析教学实验平台

根据燃烧学、化工安全课程的教学实验需要,设计开发了不同边缘高度油池火传热和烟气分析教学实验平台。该平台主要由可变边缘高度燃烧系统、多元化传热测量系统及三段一体式烟气测量系统三部分组成。该平台能够模拟现实油池内由燃料被逐渐消耗所导致的油池边缘高度(燃料液面与油池上边缘的距离)不断增加的燃烧行为,同时还能获取燃料消耗速率、热反馈与燃烧产物等表征燃烧特性的数据。通过该实验平台,学生可以了解边缘高度影响下油池火产烟特性和热反馈机制,加深对油池火灾燃烧机理的认识,提高动手实践能力和创新能力。

安全防护对火灾多米诺效应时空演变的影响

安全防护是影响火灾多米诺效应时空演变的重要因素之一,常见的安全防护可以分为3类:主动防护系统、被动防护系统和程序与应急措施。为分析不同安全防护对多米诺效应演化的影响,本文建立一种基于蒙特卡洛模拟与矩阵计算的动态概率分析模型,并将各种安全防护的作用量化后引入该模型。以一储罐区作为研究对象,分析5种不同安全防护组合下研究场景的多米诺时空演变情况,并选取2个特征位置分析不同情景下的人员动态死亡概率。结果表明:主动防护系统和被动防护系统均能够不同程度地延长储罐失效时间,程序与应急措施的介入能大幅度地降低储罐的失效概率和罐区特定位置的人员死亡概率。本文的研究结果能为化工园区的安全防护和应急处理工作提供一定的理论支持。

池火灾环境下石化管廊管道热响应规律数值模拟

以上海化工园区某段管廊为研究对象,采用FDS软件构建在池火灾环境下石化管廊管道模型,研究石化管道在池火灾下的受火过程及管道热响应规律。结果表明,火灾功率对池火灾影响最大;随着火灾功率的增大,池火上方管道达到最高温度时间缩短,温升速率增大,管道位置对于温度上升的影响逐渐减小,不同位置管道的温差呈现先增加后减小的趋势;当风速大于1 m/s时,风速每增加0.5 m/s,管道峰值温度降低20%;增大油池尺寸可有效增强火焰对油池位置偏移的抗性;并根据石化管廊管道池火灾下热响应规律,建立管廊管道温升公式。

喷头构型对超细干粉灭火有效性影响的试验研究

针对磷酸铵盐超细干粉灭火剂,参照行业标准搭建了3 m×3 m×4 m的灭火试验平台,使用装有正庚烷的油池和小罐作为火源,开展了不同喷头构型下全淹没灭火试验,测量了灭火时间以及灭火过程中火焰温度和烟气浓度变化,分析比较了超细干粉喷头结构对灭火有效性的影响。试验结果表明:单喷口喷头无法扑灭空间上部的火焰,多喷口喷头不利于扑灭位于粉体射流间隙的火焰,直立型水喷淋喷头喷出的粉体分布最均匀,全淹没灭火效果最好。火焰温度在粉体施加后均出现迅速下降过程,但对于多喷口喷头和灭火剂用量不足的试验工况,油池火温度会重新上升并维持在略低于正常燃烧状态的温度。空间中的O2和CO体积分数主要取决于油池火焰的熄灭时间。

偏二甲肼池火灾热动力学特性数值模拟

为探究偏二甲肼池火灾热动力学特性,对无风和有风环境下的偏二甲肼池火开展了系列数值模拟。讨论了无风时油池尺寸(1~9 m)对火焰结构、轴向及横向温度分布和辐射热流密度等热动力学特性的影响,有风时偏二甲肼池火热动力学特性随环境风速(1~4 m/s)变化的规律。结果表明:无风环境下,随油池边长增大,偏二甲肼池火火焰高度由2.67 m增大至13.22 m,火焰最高温度从1006.23℃逐渐增大到1160.92℃,横向辐射热流密度随距离增大而减小;有风环境下,风速从0增大至4 m/s的过程中,池火火焰高度减小,火焰倾角从0°逐渐增大到82.3°,轴向温度分布规律在风速达到1.5 m/s后变为单调下降,下风侧温度及辐射热流密度由于火焰倾斜显著增加;拟合得到可准确预测无/有风环境下火焰高度、火焰倾角及横向辐射热流密度的工程关联式,偏差均在15%以内。

基于1 m尺度甲醇油池火模拟计算的不同辐射模型数值评估研究

池火是火灾灾害中最常遇到的火焰类型之一,发展油池火的精细化建模有利于液体火灾事故危害性的精准分析及评估。众所周知,热辐射建模是准确模拟各种火灾场景的关键环节。因此,为建立合适的辐射模型,在这项工作中,通过将四个不同的辐射模型耦合到开源火灾模拟代码FDS中,并使用有限体积法求解辐射强度传输方程,对大尺度甲醇池火开展了LES仿真研究。结合NIST的实验数据,对不同辐射模型的影响特性及结果进行了对比分析。关于温度计算,基于WSGG的辐射模型和Cassol的模型表现更好。此外,所有模型都能很好地预测脉动频率。然而,关于辐射热通量的预测,Cassol的两个模型和FDS默认模型的表现优于其他模型,获得每个组分的准确光谱信息数据和确定混合气体的WSGG系数的方法是成功预测火焰辐射的重要因素。

环境风作用下变压器油池火燃烧特性实验研究

为研究环境风对室外变压器火灾发展过程的影响,开展不同风速下变压器油池火燃烧特性实验,分析火焰结构、质量损失速率和燃料层温度等特征参数的变化规律。研究结果表明:变压器油池火火焰结构随风速改变发生变化,当环境风速较大时,火焰会出现断裂脱离现象;环境风作用下,油池火质量损失速率具有3类转折点,同时临界风速与浮力诱导速度之间存在线性关系;变压器油池火燃料层自上而下可分为沸腾层和温度梯度层,沸腾层温度约为330℃,沸腾层厚度与环境风速相关性较为显著,与油池直径相关性不显著。研究结果可为变压器火灾防控及消防策略制定提供参考。

环境风作用下船舶甲板庚烷油池火下游气体温度分布特性

船舶甲板常处于海上有风环境,发生火灾后难以预测火灾态势的发展,将对船上人员的生命和财产安全构成巨大的威胁,因此开展有风环境下船舶甲板火灾研究十分必要。以船舶甲板上发生庚烷油池火灾为例,运用FDS数值模拟软件建立环境风作用下船舶甲板油池火模型,分析不同风速和火源功率下船舶甲板近壁面气体温度分布特性。结果表明:有风环境下,火源下游甲板近壁面气体温度分布可划分为3个阶段,并对应存在两个温升峰值点;第二温升峰值点下游气体温度随着与火源距离的增加呈现指数衰减的趋势,继而结合量纲分析,建立了无量纲温升与无量纲距离的相关关系模型。

木结构建筑胶合木楼板耐火性能试验研究

为研究木结构建筑中正交胶合木(CLT)楼板耐火性能,通过两组四块CLT楼板池火对比试验,探究不同油盘直径池火火源及CLT楼板试件不同截面厚度对CLT楼板耐火性能的影响。结果表明,CLT楼板在池火持续加热燃烧过程中,木材热解产生可燃气体被池火火焰点燃,使试件受火面火焰两次增大并蔓延至构件边缘;随着油盘直径增大,CLT楼板耐火时间明显缩短,耐火性能显著降低;截面厚度为20mm的CLT楼板池火试验过程中均被烧穿,平均炭化速度最高达1.538mm/min。截面厚度为25mm的CLT楼板受火45min时均未烧穿,有效阻挡火焰向背面蔓延。适当增加构件厚度,其构件耐火性能明显提高。