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锂离子电池模组电热耦合灾变机制研究进展

北京航空航天大学学报 2024年

作者：贺元骅梁家鑫李子桐黄江中国民用航空飞行学院民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室

锂离子电池的热灾害问题一直是其应用过程中重大安全威胁之一。锂离子电池系统热灾害存在界面热稳定性衰退、单体电池内短路热失控、模组乃至系统热扩散的灾变逻辑过程。电与热交互的耦合灾变则既是表征锂离子电池系统热灾害逻辑的重要... 详细信息

锂离子电池的热灾害问题一直是其应用过程中重大安全威胁之一。锂离子电池系统热灾害存在界面热稳定性衰退、单体电池内短路热失控、模组乃至系统热扩散的灾变逻辑过程。电与热交互的耦合灾变则既是表征锂离子电池系统热灾害逻辑的重要维度，又是治理锂离子电池系统热灾害的关键突破口。针对锂离子电池系统长周期、多尺度下的电热耦合灾变问题，本文归纳总结了单体电池SEI膜分解阶段、隔膜融化阶段，以及模组热扩散阶段蕴含的自产热、焦耳热及热传导等热行为对电行为的作用机制，又梳理了过充、过放及老化等电行为在上述阶段的产热及传热行为，还概括了单体及模组最具代表性的电-热耦合模型。全文从微观与宏观多角度探索电热行为的联动机制，并对未来锂离子电池模组电热耦合领域进行了展望，旨在为锂离子电池模组的设计与运维提供参考。

关键词：锂离子电池电热耦合 SEI膜分解隔膜熔化热扩散

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安全科学与工程学科民航人才培养模式探索

大学（研究与管理） 2024年第6期 87-92页

作者：谢远熊升华贺元骅中国民用航空飞行学院民航安全工程学院四川广汉618307

本研究在建设民航强国的历史机遇和人才需求背景下,结合安全科学专业学科发展背景,分析了当前民航安全人才培养所面临的严峻形势和攻坚问题。以建设民航安全强校作为旗帜导向,提出了更具民航特色的安全科学人才培养模式,从学位授权体系... 详细信息

本研究在建设民航强国的历史机遇和人才需求背景下,结合安全科学专业学科发展背景,分析了当前民航安全人才培养所面临的严峻形势和攻坚问题。以建设民航安全强校作为旗帜导向,提出了更具民航特色的安全科学人才培养模式,从学位授权体系、学科基础、人才队伍和科研创新等多个方面,形成行业特色、实践教学和科研平台三位一体学科专业建设发展体系,以期为民航安全科学与工程特色优势学科从“0到1”尽快实现到“1到10”的发展突破。文章提出了更具民航特色的安全科学人才培养模式,为国家民航强国建设任务贡献力量,展现了中国一流飞行大学为民航事业培养优秀人才的决心。

关键词：安全科学与工程学科建设民航特色人才培养

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低压货舱多参数火灾探测集成模型的优化选择

安全与环境学报 2024年第5期24卷 1840-1849页

作者：邓力吴丹丹周进贺元骅刘全义王海斌中国民航飞行学院民航安全工程学院四川广汉618307 民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室四川广汉618307

针对低压飞机货舱环境下单模型的烟雾探测算法不灵敏的问题,给出了一种基于二次优化选择(Quadratic Optimization Choice,QOC)策略的集成分类模型。首先,对多种火灾特征参数包括CO体积分数、温度、湿度、红外和蓝光波长光散射功率信号... 详细信息

针对低压飞机货舱环境下单模型的烟雾探测算法不灵敏的问题,给出了一种基于二次优化选择(Quadratic Optimization Choice,QOC)策略的集成分类模型。首先,对多种火灾特征参数包括CO体积分数、温度、湿度、红外和蓝光波长光散射功率信号、烟颗粒索特平均直径及对应增长率进行增益评估,筛选出关联度高的参数作为属性,通过特征工程和性能对候选分类器进行排序,然后采用QOC策略和软投票法集成机制确定次级分类器,最后指定多层感知器(Multilayer Perceptron,MLP)作为元分类器的模型集成方法,以提高烟雾探测模型在真实飞行环境的准确性和鲁棒性。模型性能将基于精确率、召回率和F1、F2、F3指标进行比较。结果表明,集成模型应用于60 kPa低压环境烟雾探测结果优于K邻近算法(K Nearest Neighbor,KNN)和MLP,对榉木和航空汽油可燃物分别具有0.9724和0.9601的分类精确率,较原始算法KNN分别提高了0.0872和0.0626,较原始算法MLP分别提高了0.0368和0.1822,集成模型具有更好的性能。

关键词：安全工程火灾探测飞机货舱多参数集成模型

基于熵权直觉模糊拓展MULTIMOORA的机场消防站选址评价模型

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控制与决策 2023年第1期38卷 265-273页

作者：贺元骅黄一览熊升华中国民用航空飞行学院民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室四川广汉618307 中国民用航空飞行学院民航安全工程学院四川广汉618307

针对准则权重信息完全未知的直觉模糊多准则群决策问题,考虑经典直觉模糊熵公式及MULTIMOORA模型的不足,提出新的直觉模糊熵公式以充分刻画直觉模糊数的直觉信息和模糊信息,定义占优凸组合运算,拓展解决多准则决策问题的MULTIMOORA模型... 详细信息

针对准则权重信息完全未知的直觉模糊多准则群决策问题,考虑经典直觉模糊熵公式及MULTIMOORA模型的不足,提出新的直觉模糊熵公式以充分刻画直觉模糊数的直觉信息和模糊信息,定义占优凸组合运算,拓展解决多准则决策问题的MULTIMOORA模型以适用于解决多准则群决策问题.在以直觉模糊数为信息输入的系统框架内,构建机场消防站选址评价指标体系,进而提出基于熵权直觉模糊拓展MULTIMOORA的机场消防站选址评价模型.案例分析表明了所提出方法的可行性,为机场消防站选址评价提供了一种新思路.

关键词：机场消防站选址直觉模糊数熵权法 MULTIMOORA 占优凸组合

低压双流体细水雾削减三元锂电池热失控风险性能研究

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北京航空航天大学学报 2023年

作者：曾祥淑梁家鑫孙强贺元骅中国民用航空飞行学院民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室

为削减气体、高压细水雾等灭火剂抑灭锂电池火灾导致二次灾害的短板问题，本文研究了低压双流体细水雾抑灭锂电池燃爆技术。本文以中小型储能系统常用的三元锂离子电池为对象，研究了低压双流体细水雾对锂电池在热失控前不同温度下（90... 详细信息

为削减气体、高压细水雾等灭火剂抑灭锂电池火灾导致二次灾害的短板问题，本文研究了低压双流体细水雾抑灭锂电池燃爆技术。本文以中小型储能系统常用的三元锂离子电池为对象，研究了低压双流体细水雾对锂电池在热失控前不同温度下（90 ℃、145 ℃和200 ℃）的外观形貌变化、产热过程抑制和电性能防护的影响。结果表明，在施加低压双流体细水雾情况下，锂电池极耳附近鼓包厚度分别减少了0 cm、0.01 cm和0.15 cm，电池直接受热大面的受损状况有所减小；电池非直接受热大面温度降低幅度很大，分别降低了38 ℃、43 ℃和31 ℃；电池充电容量分别提升了4.87%、41.17%和62.30%，放电容量分别分别提升了5.66%、43.25%和62.98%。因此，低压双流体细水雾不仅可有效防护遭遇热失控锂电池的外观形貌、热量抑制和电性能，而且可有效防止锂电池热失控灾害传统抑灭技术导致的二次灾害。

关键词：低压双流体细水雾三元锂离子电池产热抑制电性能防护二次灾害

基于RRCD和RADPD的机场消防站多目标选址模型

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计算机集成制造系统 2022年第5期28卷 1537-1548页

作者：贺元骅李想熊升华陈振颂伍毅中国民用航空飞行学院民航安全工程学院四川广汉618307 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

为优化民航机场消防站选址、提升应急救援保障能力、助力安全生产,提出机场消防站选址模型。首先,基于既有机场消防规定,构建了机场消防理论救援半径模型;其次,结合隶属度思想,提出4类机场消防救援路线拥堵程度模型(RRCD);随后,获取跑... 详细信息

为优化民航机场消防站选址、提升应急救援保障能力、助力安全生产,提出机场消防站选址模型。首先,基于既有机场消防规定,构建了机场消防理论救援半径模型;其次,结合隶属度思想,提出4类机场消防救援路线拥堵程度模型(RRCD);随后,获取跑道事故数据分布规律,建立跑道事故离散型概率分布模型(RADPD);在此基础上,综合构建了机场消防站选址多目标规划模型;最后,通过案例分析、对比分析和灵敏度分析说明了所提方法的合理性。研究结果表明,区别于既有规章建议,机场消防站的最佳位置不一定在跑道或滑行道中部。

关键词：安全生产多目标规划选址优化机场消防站隶属度函数

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飞机货舱轰燃规律的试验研究

安全与环境学报 2023年第3期23卷 765-773页

作者：贺元骅王景栋王康中国民用航空飞行学院民航安全工程学院四川广汉618300 民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室四川广汉618300

为研究飞机货舱火灾发展至轰燃的内在规律,在1/4体积标准飞机货舱内开展了一系列火灾轰燃试验。以单壁瓦楞纸箱被引燃作为轰燃发生的判据,研究了油盘尺寸和燃料种类对轰燃的影响,通过对货舱上部热烟气层平均温度、地板所受辐射热通量、... 详细信息

为研究飞机货舱火灾发展至轰燃的内在规律,在1/4体积标准飞机货舱内开展了一系列火灾轰燃试验。以单壁瓦楞纸箱被引燃作为轰燃发生的判据,研究了油盘尺寸和燃料种类对轰燃的影响,通过对货舱上部热烟气层平均温度、地板所受辐射热通量、燃料热释放速率及烟气体积分数的分析,探讨了轰燃发生的临界条件和表现形式。结果表明:油盘尺寸的增大提高了轰燃发生的可能性和轰燃的剧烈程度,在达到引发轰燃所需的临界油盘尺寸后,继续增大油盘尺寸会使轰燃发生的时间提前;引发飞机货舱轰燃所需的临界条件为,上部热烟气层平均温度达到456℃,地板所受辐射热通量达到14.3 kW/m2;此外,通过对轰燃所需的临界油盘尺寸与燃料热物性参数的拟合,发现轰燃所需的临界油盘尺寸正比于燃料的蒸发热,反比于燃料的燃烧热。

关键词：安全工程飞机货舱轰燃热烟气层平均温度辐射热通量热释放速率烟气体积分数

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抑制三元锂离子电池热失控火灾研究

消防科学与技术 2023年第2期42卷 153-158页

作者：张俐恒张迪贺元骅中国民用航空飞行学院民航安全工程学院四川德阳618307

开展刺入式施放灭火剂的试验,以探究更高效的灭火手段。根据3种影响火灾抑制效能的主要因素(施放路径、充装压力、灭火剂种类)设计试验工况,突出刺入式施放灭火剂的火灾抑制效能。结果表明,电池热失控时,相比于外部施放灭火剂,刺入施放... 详细信息

开展刺入式施放灭火剂的试验,以探究更高效的灭火手段。根据3种影响火灾抑制效能的主要因素(施放路径、充装压力、灭火剂种类)设计试验工况,突出刺入式施放灭火剂的火灾抑制效能。结果表明,电池热失控时,相比于外部施放灭火剂,刺入施放能使电池内部和正极都降至更低温度,差值分别为168.2,61.4℃,且无温度回升。充装压力为0.6 MPa时刺入施放,正极处液态水的降温速率达30.1℃/s,而0.9 MPa时仅为7.2℃/s,相同条件下,黏度较高的2-BTP灭火剂,在0.6 MPa时降温速率高达41.9℃/s,0.9 MPa时仍为35.2℃/s,液态水的抑制效能相比2-BTP灭火剂受充装压力的影响更明显。结果表明,刺入式施放灭火剂可使正极处的温度从643.6℃降至55.5℃,最大冷却速率达252.4℃/s,相比外部施放灭火剂,对锂离子电池火灾表现出更佳的抑制效能。

关键词：锂离子电池热失控刺入式灭火液态水 2-BTP灭火剂冷却速率

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全氟己酮灭火剂雾化性能的数值模拟研究

消防科学与技术 2023年第6期42卷 816-821页

作者：王之媛黄江贺元骅中国民用航空飞行学院民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室四川德阳618307

为分析不同环境温度下全氟己酮灭火剂雾化性能,利用VOF-DPM耦合数值模拟方法,研究了4种环境温度下全氟己酮喷雾的雾化锥角、液膜破碎过程与粒径分布特性。结果表明,随着环境温度升高,全氟己酮在喷嘴出口处切向速度增加且离心力增大,雾... 详细信息

为分析不同环境温度下全氟己酮灭火剂雾化性能,利用VOF-DPM耦合数值模拟方法,研究了4种环境温度下全氟己酮喷雾的雾化锥角、液膜破碎过程与粒径分布特性。结果表明,随着环境温度升高,全氟己酮在喷嘴出口处切向速度增加且离心力增大,雾化锥角逐渐增大;当温度由5℃升至35℃时,空气黏度增大11.76%、全氟己酮表面张力减弱23.08%,气液两相作用力加剧,全氟己酮液膜在喷射空间一次破碎贯穿距离缩短20%;全氟己酮液膜一次破碎产生的液滴粒径更小,导致液滴索特平均直径显著减小。随着喷雾进程的发展,全氟己酮大粒径液滴进一步破碎为大量小液滴,空间内喷雾液滴尺寸分布更加均匀。

关键词：环境温度全氟己酮 VOF-DPM 雾化锥角破碎过程粒径分布