森林火灾中使用细水雾进行灭火仿真方法研究

森林火灾作为一种极具危害性的自然灾害,其发生和蔓延过程通常受到气候、地形、植被、可燃物等多种复杂因素的影响,导致很难准确地对森林火灾的蔓延与灭火过程进行仿真。对森林火灾的蔓延和细水雾灭火过程进行物理建模,蔓延模型采用树形模块结构来模拟树木燃烧的热解反应,并考虑了温度、风场、质量损失率等因素对树木燃烧蔓延的影响。在使用细水雾进行灭火仿真实验时,重点关注细水雾穿透火焰区域形成水膜以及水分蒸发导致的灭火作用,从而阻止森林火灾的蔓延,成功实现了交互灭火的仿真平台,可以让用户沉浸式地体验森林火灾的蔓延过程,并通过水枪、消防车和无人机进行细水雾灭火仿真实验。该研究成果对消防仿真领域方面的应用具有重要意义。

双相流细水雾抑制锂离子电池热失控蔓延试验研究

为抑制锂离子电池热失控及其蔓延,构建氮气与细水雾(NWM)双相流系统.通过改变系统施加压强和作用时间,对比分析电池表面温度和附近烟气体积分数以及NWM的冷却功率和电池模块的热量累积,阐述NWM系统抑制锂离子电池模块热失控蔓延的机制及有效性.结果表明,在NWM冷却电池模块表面和窒息机制的协同作用下,电池模块射流火的持续时间显著降低;且NWM压强越大,作用时间越长,会使电池表面的最高温度越低,相邻电池之间TR蔓延的时间间隔越长,表明NWM抑制锂离子电池热失控蔓延的有效性显著增强.

含添加剂双流体细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究

针对主要威胁我国煤矿安全生产的瓦斯爆炸和燃烧事故等问题,尤其是在单一煤层综放工作面低位高抽巷内易形成瓦斯积聚,在开采过程中,又会出现顶板矸石垮落、矸石和支护金属材料撞击,很容易导致瓦斯爆炸。本文探究含添加剂双流体细水雾在瓦斯爆炸抑制方面的应用效果。基于搭建的含添加剂双流体细水雾抑制管道瓦斯爆炸实验平台,对比分析了不同惰性气体与细水雾相互作用对瓦斯爆炸的抑制规律和效果,含添加剂的瓦斯抑制机理,并研究了不同添加剂浓度、不同添加剂种类对瓦斯爆炸抑制效果的影响。探究发现细水雾分别与CO_(2)、N_(2)、He和Ar四种惰性气体作用,均对瓦斯爆炸有着协同增益的效果。对比分析了有无添加剂的细水雾对瓦斯爆炸的抑制效果,添加剂的加入明显能够提升抑制效果;添加剂的浓度及添加剂的种类对抑制瓦斯爆炸有一定影响,很大程度地减少了瓦斯爆炸的危害。本文研究为防治煤矿瓦斯爆炸提供了一项具有重要意义的主动抑爆新技术。

国内常用脱酸工艺、特点与脱酸对象的选择

本文论述了脱酸对象的选择原则与脱酸过程中存在的风险,并结合中国国情给出了需优先脱酸的对象、脱酸过程中可能存在风险而需要谨慎处置的对象,以及不宜脱酸的对象。对国内使用较为广泛的脱酸技术进行了分析,包括同类比较与差异性分析,并以咨询的方式给出了脱酸用户所关切的信息。

甲烷-空气预混区外含钾细水雾抑爆特性研究

为了解含钾细水雾在综合管廊燃气泄漏场景下的抑爆能力,采用自制的爆炸试验系统,开展含添加剂细水雾位于甲烷-空气爆炸区域外的抑爆试验,分析纯水及草酸钾、碳酸钾、氯化钾3种含钾化合物细水雾对9.5%甲烷-空气爆炸超压与过火范围的影响。研究结果表明:纯水细水雾的临界抑爆雾化质量浓度区间为320~480 g/m^(3);含草酸钾条件下超压下降率随质量分数增加呈现正态累积分布函数(NormalCDF)变化,最佳抑爆质量分数为10%;当雾化质量浓度为480 g/m^(3)、雾滴D32为61.7μm、化合物质量分数为10%时,对应抑爆能力均大于纯水细水雾条件,其中,含草酸钾抑爆能力最强,其次为碳酸钾与氯化钾,峰值超压下降率较纯水细水雾条件分别提高2.32、1.88与1.53倍,过火范围分别缩减46.7%、40%与13.3%。相较于碳酸钾与氯化钾条件,爆炸气体预混区域外含草酸钾细水雾能够吸收更多的爆炸热量、消耗更多的活性自由基。

表面活性剂对含盐双流体细水雾灭火效能的影响

为探究不同类型表面活性剂对含盐双流体细水雾灭火效能的影响,选用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB35)、烷基糖苷(APG0810),从灭火时间、冷却效果、CO浓度峰值三方面开展表面活性剂对含盐双流体细水雾灭火效能影响研究。结果显示:在空气环境下,3种表面活性剂可以有效缩短含盐类添加剂细水雾灭火时间,从而降低其灭火过程中的CO浓度峰值,但同时由于其液滴粒径减小,容易受到湍流影响,导致其冷却效果相比含单一盐类添加剂细水雾有所降低。在CO_(2)环境下,由于CO_(2)比定压热容较小,表面活性剂在对含单一盐类添加剂细水雾改性后分别存在灭火时间微幅缩短和灭火时间延长的实验现象,并且相比含单一盐类添加剂细水雾,其灭火过程中的CO浓度峰值有所增大,冷却效果也有所降低。研究结果将为防治醇基燃料火灾提供参考。

隧道火灾中细水雾降温消烟数值模拟研究

细水雾系统因其良好的控烟作用在隧道火灾中得到广泛应用。基于气溶胶动力学机理提出细水雾降温消烟数值模型,通过模拟狭长通道细水雾阻烟实验验证其有效性。为探究细水雾粒径、雾化锥角、细水雾与排烟口间距对降温消烟效果的影响规律,进一步采用该模型开展细水雾系统在大尺度隧道火灾中降温消烟效果研究。研究表明:细水雾液滴粒径越小,降温消烟效果越好,且消烟效率与粒径成反比,但当粒径小于100μm时,因液滴蒸发导致消烟效率有所降低;雾化锥角在60°时消烟效果最好,雾化锥角增大或减小都会降低细水雾系统的消烟效果;当细水雾系统与排烟系统间距较小时,由于细水雾液滴会被排烟系统抽出,导致消烟效果减弱,因此两者间距越大,消烟效果越好。

双流体细水雾流体压力对细水雾粒径影响规律

针对双流体雾化方式产生的细水雾,研究了低压状态下双流体产生的细水雾雾滴粒径分布,实验中测量不同流体压力下的细水雾雾滴粒径,结果表明:双流体细水雾可以替代高压状态下实现雾滴粒径小于200μm的1级细水雾的效果。在改变双流体压力过程中,当气压一定,液体压力逐渐减小时,细水雾雾滴粒径出现逐渐增大趋势;当液体压力不变,气体压力逐渐增大时,细水雾雾滴粒径逐渐减小。

无氧化强力水雾冷却对超高强钢表面氧化及可镀性的影响

通过连续退火热处理模拟试验,分析了无氧化强力水雾冷却技术对连续退火后高强钢带钢表面合金元素分布的影响;进而通过模拟热镀锌试验,分析该技术对高强钢热镀锌表面质量和可镀性的影响;采用GDOES、SEM、FIB等检测手段对试样进行了表面微观分析。分析结果显示:无氧化强力水雾冷却处理后,两个高强钢钢种表面的Mn、Si、Cr等合金元素富集明显减少,强力水雾冷却可有效去除高强钢退火后形成的表面氧化物,对高强钢热镀锌的可镀性和表面质量有较明显的改善作用。

气凝胶灭火剂抑制锂离子储能电池热失控特性研究

通过对比试验探究了气凝胶灭火剂对锂离子储能电池热失控的抑制效果。研究满荷电状态下的100 Ah磷酸铁锂储能电池热失控演变过程特征参数,识别出3个灾害演变特征拐点作为灭火剂施加的指导节点。在相同节点分别施加灭火参数一致的气凝胶灭火剂与细水雾开展灭火对比测试。结果表明:触发明火前施加灭火剂均可有效阻断电池内部放热副反应,两者表现出相似的冷却效能;电池起火后,气凝胶灭火剂展现出更为出色的明火抑制效果,其接触电池表面形成的致密泡沫可有效阻隔氧气,实现快速灭火;对于已经触发热失控的情形,气凝胶灭火剂凭借预热覆盖效果,显著缩短电池射流火持续时间,可大幅降低电池火灾危害。

含添加剂细水雾对锂电池热失控延缓效果研究

为了研究含非离子表面活性剂的细水雾对锂电池热失控的延缓效果,以18650三元锂离子电池为研究对象,通过向细水雾中添加非离子表面活性剂(FS 3100、Tween 80、APG 0810)优化细水雾对锂电池的冷却灭火性能,对比分析各添加剂的加入对细水雾抑制锂电池热失控最高温度、热失控过程平均升温速率及冷却过程中平均冷却速率与冷却时长的影响,并从表面张力、接触角、发泡性能等角度分析其冷却机制与产生负抑制的原因。结果表明:3种非离子表面活性剂对提高细水雾抑制锂电池热失控能力的大小为:FS 3100<Tween 80<APG 0810。其中APG 0810主要通过降低细水雾的表面张力与接触角,来提高细水雾对电池的润湿性和蒸发吸热能力;Tween 80主要通过提升发泡能力,其产生的泡沫稳定性低、易脆变,泡沫的破裂带走了大量热量且不易停留在电池表面,从而有效提高了细水雾对电池热失控过程中升温速率的抑制。因此,通过加入非离子表面活性剂提升细水雾对锂电池热失控的延缓效果,不仅需要降低表面张力,也需要适当提升起泡倍数与泡沫的脆变性。

水雾环境下密闭舱室内爆准静态压力特性试验研究

[目的]旨在探究水雾环境下的密闭舱室内爆准静态压力特性。[方法]首先,基于绝热的理想气体舱室内爆准静态压力理论模型,新增2个假设,建立水雾环境下的密闭舱室内爆准静态压力理论模型;然后,以药量为自变量,开展有/无水雾的密闭舱室内爆对照试验,测量准静态压力以验证水雾对准静态压力的削弱效应,并得到准静态压力经验公式。[结果]理论模型和试验数据分析表明:随着药量-体积比的增大,水雾减弱了内爆准静态压力的增强能力,增长率逐渐降低;引入后燃烧修正项的理论公式与经验公式均可用于预估舱内准静态压力峰值。[结论]试验结果验证了水雾对准静态压力的削弱效应,基于理论模型和相关试验数据拟合得到了水雾环境下内爆准静态压力峰值的经验公式。

城市地下综合管廊电缆火灾低压细水雾灭火效能研究

为了研究城市地下综合管廊电缆火灾低压细水雾灭火的有效性、明确影响低压细水雾灭火效能的关键因素,搭建了缩尺寸综合管廊低压细水雾灭火试验平台并开展了灭火试验。试验结果表明,低压细水雾能够快速有效地扑灭综合管廊电缆火灾,灭火时间最快为7 s,在启动灭火系统后50 s即可将管廊内部最高温度从650℃降至40℃。压力与喷头流量系数的改变对低压细水雾灭火效能影响较大,灭火时间分别最多缩短75.0%和66.7%,平均降温速率最高为8.2℃/s和7.43℃/s;喷头间距的改变对灭火效能影响相对较小,灭火时间最多缩短47.3%,平均降温速率最高为6.1℃/s。

含添加剂水雾抑灭单基药火焰的小尺度实验研究

为探究含不同性质添加剂的水雾对单基火药燃烧抑灭性能的影响,在自主搭建的火药燃烧及灭火平台上开展纯水雾与含Na_(2)SO_(3)、FeCl_(2)、K_(2)CO_(3)、KHCO_(3)添加剂的水雾对单基火药燃烧抑灭性能的对比实验,研究灭火过程中温度、辐射热流、火焰形态等的变化。结果表明:含还原性(Na_(2)SO_(3)、FeCl_(2))和非还原性(K_(2)CO_(3)、KHCO_(3))添加剂的水雾抑灭性能明显优于纯水雾,灭火时间更短。含非还原性添加剂的水雾在低浓度下抑灭效果较差,当添加质量分数提升至3%以上时,抑灭效果显著提升;含还原性添加剂水雾对单基药的抑灭性能在各添加剂浓度下均优于含非还原性添加剂的水雾,且随着添加剂浓度的增大,抑灭性能表现出饱和性。

纳米Al_(2)O_(3)水雾射流下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究

纳米流体因润滑减摩性能优异而得到广泛应用,但纳米粒子水雾射流下摩擦副的摩擦磨损研究较少。本文开展纳米粒子水雾射流润滑下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究,分别制备0.10%,0.25%,0.50%,0.75%四种不同浓度的纳米Al_(2)O_(3)水溶液,进行两种线速度下纳米粒子水雾射流摩擦磨损对比实验,测试比较摩擦系数、磨损面积和磨痕形貌,并探讨摩擦磨损机理。实验结果表明,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流表现出最优的减摩润滑性能。相比于干摩擦,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流在两种不同线速度(10m/min和45m/min)下的摩擦系数分别降低了87.68%和82.81%。在纳米粒子水雾射流下,氧化锆陶瓷与钛合金的主要磨损形式为磨粒磨损,纳米Al_(2)O_(3)发挥的类轴承和保护膜作用是降低摩擦磨损的主要原因。过量的纳米粒子易发生积聚,增大磨粒磨损及微剥落。

细水雾与纵向通风对倾斜巷道火灾烟气运动规律影响研究

为了解决倾斜巷道火灾期间高温毒害烟气严重威胁井下人员避灾和救援等问题,采用Fluent数值模拟和1∶20缩尺火灾实验的方法,对不同巷道坡度下的烟气运动和温度变化进行研究。研究结果表明:添加细水雾和纵向通风都会降低倾斜巷道火灾温度。对于细水雾,下游顶板温度随着巷道坡度的增大而减小;对于纵向通风,控烟降温效果随巷道坡度的增大而降低。研究结果可为倾斜巷道防排烟设计以及对火灾下风侧烟气蔓延控制和救援提供参考。

不同类型添加剂细水雾抑制锂电池组热失控传播试验研究

以18650型三元锂电池组为研究对象,探究了锂电池组热失控传播的特征,进而研究了在不同灾害时刻施加不同类型添加剂细水雾对锂电池组热失控传播的抑制效果及抑制机理。结果表明:热失控在三角形布置的电池模组中的传播可划分为热失控引发、热失控层间传播、热失控同层传播3个特征时刻,由于存在上一层的预热作用,同层传播比层间传播更为迅速。在不同灾害时刻分别施加纯水细水雾、含1%CAB-35细水雾和含4%APG0810细水雾,发现细水雾抑制锂电池热失控传播效果与其对单体目标电池的降温效果存在一致性。含4%APG0810细水雾可显著降低目标电池热失控最高温度,在抑制热失控传播上具有最优效果,对热失控同层及层间传播均可起到抑制作用;热失控降温不明显的纯水细水雾和含1%CAB-35细水雾对热失控层间传播可起到抑制作用,而对热失控同层传播无法抑制。通过不同添加剂的溶液性能测试发现,含4%APG0810细水雾抑制能力显著优于其余2种的原因是4%APG0810具有最低的表面张力和接触角,并且其起泡性和泡沫稳定性也最佳,这些效果的共同作用提升了其对热失控传播的抑制效果。

基于离子风荷电的细水雾喷雾及抑尘特性

基于离子风荷电及设计的缩放喷管搭建了荷电细水雾抑尘系统,利用激光粒度分析仪和荷质比测量装置,通过改变荷电及喷雾系统参数,研究了荷电电压和雾化压力等对喷雾雾滴粒径及抑尘特性的影响.结果表明:荷电细水雾索太尔平均直径d st整体随荷电电压和雾化压力提升而减小,但荷电电压较低时液滴易聚并,d st略微增大.液滴荷质比随荷电电压和雾化压力提升而增大,其增速随荷电电压提升而减缓.荷电细水雾抑尘系统抑尘效率整体随荷电电压和雾化压力提升而上升,但雾化压力较高时提高荷电电压,液滴粒径过小则会导致蒸发加剧,抑尘效率下降.分级抑尘效率随颗粒物粒径减小呈U形分布,其拐点随荷电电压提升而前移.荷电电压20 kV雾化压力0.6 MPa时存在最佳抑尘效率.

细水雾抑制锂离子电池热失控及火焰对抗研究

细水雾凭借其冷却效果成为锂离子电池热失控防治的有效技术手段之一。本研究考虑安全阀喷出气体的热量损失,对比了不同热失控阶段应用细水雾抑制的效果,分析了热失控过程中各部分的热量,解释了热失控期间电池火焰和细水雾对抗的动力学原理,主要结论如下:细水雾冷却抑制热失控存在临界积累热密度,超过该临界值后,细水雾将无法抑制热失控的发展,但能够显著减少热失控后电池冷却所需的时间;在热失控触发后会出现细水雾和热失控火焰的对抗现象,其显著改变了火焰高度,使对抗界面的压力显著增加。本文提出的修正冷却倍率因子可有效判断细水雾与电池火焰对抗状态。

高原低压环境对细水雾灭火有效性影响研究

为探究高原低压环境对水雾灭火效能的影响,开展了不同环境压力下细水雾雾场特性试验和灭火试验,研究了高海拔低气压环境条件对喷雾特性的影响,揭示了低压环境下细水雾的灭火机制。研究表明:在高原低压环境下,喷头雾锥角不变,增大喷头流量系数K,相同工作压力下低压地区的水雾流量更大。与常压相比,空气密度随着压力的降低而减小,水雾在喷出喷头时与周围空气的相互作用减弱,导致水雾粒径增大。通过灭火试验验证了低压环境下在不改变稀释隔氧作用的前提下,细水雾提高了对高温燃料表面的冷却效果。因此,细水雾在低压环境下的灭火效能更好。