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乙醇/柴油混合燃料表面火蔓延研究

乙醇/柴油混合燃料表面火蔓延研究

作者：白洪宝中国科学技术大学

学位级别：硕士

我国经济的发展和汽车保有量的增加,导致国内的石油消费居高不下,汽车尾气排放造成的大气污染问题日益严重。为了解决日益严重的大气污染问题,使用清洁环保的新型燃料就是一个比较有效的手段,乙醇柴油就是其中一种。国内外对于乙醇... 详细信息

我国经济的发展和汽车保有量的增加,导致国内的石油消费居高不下,汽车尾气排放造成的大气污染问题日益严重。为了解决日益严重的大气污染问题,使用清洁环保的新型燃料就是一个比较有效的手段,乙醇柴油就是其中一种。国内外对于乙醇柴油混合燃料的研究主要集中在其生产和应用领域,对于这种混合燃料的火灾危险性方面的研究还很欠缺。乙醇柴油属于易燃液体,具有传播速度快、燃烧强度大的特点。一旦储存乙醇柴油的大型储油罐泄漏、大型油罐车在运输途中侧翻或者使用乙醇柴油的汽车管路或容器受热变形或者破裂导致燃料泄漏,就有可能引发火灾,进而可能在人员和经济方面造成重大损失。因此,科学地分析乙醇柴油的火蔓延特性具有理论和现实意义。为研究乙醇柴油混合燃料表面的火蔓延特性,论文中使用了自制的乙醇柴油混合燃料。该燃料使用我国市场上普遍使用的0#柴油为基础油,再向其中加入体积百分含量依次为2.5%、5%、7.5%、10%、12.5%、15%的无水乙醇,混合后所形成的新燃料分别记作E2.5D、E5D、E7.5D、E10D、E12.5D、E15D,燃料配制好以后静置一段时间待用。我们自行设计并搭建了一套液体火蔓延实验系统,通过使用纹影高速摄像技术、微细热电偶测温技术和数码摄像机拍摄技术实时地记录火焰蔓延的全部过程,对蔓延火焰的外貌特征、火焰蔓延的运动模式、火焰蔓延的速度特点以及燃料表面的温度上升规律等进行了探究。论文对0#柴油在不同初始温度条件下的表面火焰蔓延特征进行了研究,探讨了出现闪燃火焰和表面流的成因,比较了不同初始温度条件下燃料表面的火焰蔓延模式,通过热电偶测温以及对整个火焰蔓延过程中燃料表面的温升规律的剖析,发现当燃料初始温度＜35℃时,随着温度的升高,表面流的作用被削弱,平均火蔓延速度降低;当燃料初始温度＞35℃时,火焰蔓延速度会随着温度的升高而逐渐增大。论文对添加不同比例乙醇的柴油表面的火蔓延特性进行了研究,通过对实验结果的分析发现,当乙醇添加比例＜10%时,乙醇柴油混合燃料的火焰低速脉动蔓延,表面流存在于蔓延火焰前锋前部燃料液面的下方,火焰蔓延的速度变化幅度相对较小,乙醇与柴油混合燃料的表面升温速率随着初始温度的增大而升高;当乙醇添加比例≥10%时,火焰处于稳定蔓延状态,此时在火焰前方燃料液面下方没有表面流,火焰蔓延速度会随着混合燃料初始温度的增大而降低,燃料表面的升温速率会随着初温的增大而降低。

关键词：乙醇柴油火蔓延纹影表面流闪燃火焰温度分布

基于传感网络的油罐区火蔓延与火反演技术研究

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基于传感网络的油罐区火蔓延与火反演技术研究

作者：王熙康南京理工大学

学位级别：硕士

随着中国工业技术水平的发展,石油的需求量在逐年增加,大量大型油灌区雨后春笋般得产生。大型油罐区的建设使得石油存储安全问题也已经变得越来越重要。油罐燃烧后,火势的蔓延会带来更大的人员和经济损失,因此对蔓延问题的研究刻不容缓... 详细信息

随着中国工业技术水平的发展,石油的需求量在逐年增加,大量大型油灌区雨后春笋般得产生。大型油罐区的建设使得石油存储安全问题也已经变得越来越重要。油罐燃烧后,火势的蔓延会带来更大的人员和经济损失,因此对蔓延问题的研究刻不容缓。本文主要针对油罐区的火险蔓延相关问题进行研究,研究油罐区着火后实时火情蔓延问题和油罐罐区火情发展的仿真问题。本文提出了油罐罐区火焰蔓延模型,可以解决两个问题。一是在实时条件下,根据油罐罐区传感器网的温度数值,对油罐火蔓延情况给出准确的判断;二是通过软件仿真,根据池火燃烧模型求解各个油罐着火状态与火场蔓延发展状况的仿真。该模型是网络拓扑模型,将油罐看为一个节点,油罐的燃烧有多个状态,其燃烧程度也随着时间的变化而变化。油罐之间的边代表油罐之间的热辐射关系,计算时,边权关系计算油罐接受到的热辐射,从而对油罐蔓延情况进行判断。油罐罐区火焰蔓延模型有三个子模型构成：油罐燃烧模型、燃烧热辐射模型、蔓延判断与估计模型。其中,油罐燃烧模型是对油罐燃烧状态的估计和计算,并对燃烧产生的热辐射进行求解,前者是通过基于SVM进行建模求解,后者根据池火燃烧的物理学公式。燃烧热辐射模型是根据辐射拓扑关系和池火辐射物理模型构建的物理模型。蔓延判断与估计模型,解决油罐燃烧状态的判断、蔓延时间和蔓延状态估计。本文通过小尺寸的正庚烷燃烧实验对文章的模型进行研究和探讨。

关键词：池火火蔓延燃烧速率热辐射蔓延时间预测

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核电站电缆桥架火及通电电缆火蔓延特性研究

核电站电缆桥架火及通电电缆火蔓延特性研究

作者：唐凯旋武汉理工大学

学位级别：硕士

随着社会经济的发展和电气化程度的提升,电缆在人们生活和工业发展中占有重要地位。然而,近年来电缆火灾事故频频发生,我国每年发生电气火灾数占火灾总数三成以上,其中大部分由电缆短路或过载造成。另外,核电站电缆使用量巨大,一旦发生... 详细信息

随着社会经济的发展和电气化程度的提升,电缆在人们生活和工业发展中占有重要地位。然而,近年来电缆火灾事故频频发生,我国每年发生电气火灾数占火灾总数三成以上,其中大部分由电缆短路或过载造成。另外,核电站电缆使用量巨大,一旦发生火灾,严重威胁核电站运行安全,甚至引发核泄漏事故。因此,开展电缆火灾安全研究具有重大意义。本文旨在结合实际火灾场景,实验研究不同尺寸的电缆火蔓延和火灾特性。首先,选取同轴电缆剥离导线为研究对象,开展小尺寸大电流通电电缆火蔓延实验,研究了电缆尺寸和通电电流对其火焰形态、火蔓延速率和熔融滴落特性的影响。实验结果表明,电缆通电使其不同程度预热,火蔓延过程中的火焰形态、火蔓延速率和熔融滴落发生变化。随通电电流增加,受燃料熔融和滴落竞争作用,火焰高度经历增长、稳定和衰减三个阶段。特别是电流过大时,滴落速率明显增强,形成流淌火,导致燃烧速率和火焰高度减小;火焰宽度前期随电流变化不大,但在流淌火阶段明显减小。此外,熔融滴落行为使火焰形态呈周期变化,滴落前火焰高度先缓慢上升后趋于稳定,火焰宽度和蔓延速率基本不变;滴落后,火焰高度明显下降,火焰宽度和蔓延速率产生较大波动。然后,在具有核电站厂房典型结构特征的封闭空间内,开展全尺寸横向电缆桥架火实验,分析了电缆的火焰高度、质量损失速率、热释放速率（HRR）和温度分布等火灾特征参数;同时,还研究了电缆紧密和松散排布方式及点火时间对电缆桥架火HRR的影响。研究表明:火焰高度随点燃电缆层数增加而增大,但由于中间电缆燃尽,火焰高度趋于稳定,随后下降;上层电缆受下层电缆的热反馈作用,使上层电缆横向蔓延更快,火蔓延距离更长;烟气在向下沉降的过程中,会出现较明显的三区烟气分层现象,而且上烟气层厚度逐渐增大,下烟气层厚度逐渐减小;紧密排布电缆燃烧热释放速率（HRR）峰值比松散排布的HRR峰值高,但松散排布的HRR在点火后的上升速率更快;而且点火时间对HRR峰值影响较小。最后,针对电缆桥架火的三区烟气分层现象,基于氧消耗原理和二氧化碳生成原理,建立了通风受限空间火灾热释放速率预测模型,并利用电缆桥架火和FMRC火灾测试对其可靠性进行验证。结果表明:HRR预测结果与实验结果的余弦相似度超过了0.95,这说明HRR预测模型的可靠性较高;三区烟气分层模型的应用明显提高了HRR预测模型的预测精度;通风增强了烟气混合,使烟气混合更均匀,从而提高了二氧化碳生成法的预测精度。

关键词：通电电缆火蔓延熔融滴落电缆火灾热释放速率

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城市区域地震次生火灾风险评估及火蔓延模拟

城市区域地震次生火灾风险评估及火蔓延模拟

作者：孟晓静中国科学技术大学

学位级别：硕士

地震次生火灾是最易发生、破坏性最大的地震次生灾害。针对地震次生火灾进行全面有效的风险评估是防御和减轻地震次生火灾巨大破坏的必要途径。本文以城市区域为研究对象,以城市区域的地震次生火灾风险评估为研究内容,建立了针对城市区... 详细信息

地震次生火灾是最易发生、破坏性最大的地震次生灾害。针对地震次生火灾进行全面有效的风险评估是防御和减轻地震次生火灾巨大破坏的必要途径。本文以城市区域为研究对象,以城市区域的地震次生火灾风险评估为研究内容,建立了针对城市区域的地震次生火灾风险评估模型。首先设计出城市区域地震次生火灾风险评估指标体系,再利用层次分析法得到各影响因素的权重,通过对各种影响因素进行评分,最后得出城市区域地震次生火灾风险等级的划分。城市区域地震次生火灾风险评估的实现为判断震后城市火灾高风险区域及正确评估地震下城市消防安全状况提供了有力的依据,并能在城市抗震防灾规划的编制中起到重要作用。同时也为城市区域地震次生火灾蔓延模拟系统中的建筑物被蔓延概率的计算提供了依据。在A.Ohgai构建的城市社区火蔓延元胞自动机模型的基础上,本文考虑地震后建筑破坏程度对火蔓延的影响以及不同的邻居位置发生着火概率的区别,结合城市区域地震次生火灾风险等级评定,进一步改进了火灾蔓延的模型。通过分析建筑物所在区域地震次生火灾风险等级、建筑物自身的可燃性、建筑物周围建筑的着火情况、不同烈度下建筑物的破坏程度以及风速和风向对火蔓延的影响,得出城市区域地震次生火灾蔓延的概率计算方法,建立了较为完善的城市区域地震次生火灾蔓延的元胞自动机模型。利用matlab语言编程,模拟了局部环境的改善、风速和风向、飞火或新的着火点、不同的风险等级区域、不同烈度以及危险设施等不同条件下对火蔓延的影响。该模型能够快速实现城市区域火蔓延过程的模拟,特别适宜用于城市宏观角度上的火蔓延模拟。模拟结果再现了火灾过程,这不仅提高了人们对城市区域火灾蔓延危害的认识,而且为城市规划设计和消防扑救措施提供了一定的理论依据。

关键词：城市区域地震次生火灾火灾风险评估层次分析法火蔓延元胞自动机

北京地区典型林分地表火及向树冠火蔓延机制研究

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北京地区典型林分地表火及向树冠火蔓延机制研究

作者：刘冠宏北京林业大学

学位级别：硕士

本文以北京市典型树种为研究对象,针对油松、侧柏、蒙古栎、刺槐、栓皮栎和白杨树种进行了研究地表火蔓延及地表火自下而上蔓延引发树冠火的机制。方法采用外业调查、内业实验、软件分析三部分,主要采用的模型为Rothermel模型和Van Wag... 详细信息

本文以北京市典型树种为研究对象,针对油松、侧柏、蒙古栎、刺槐、栓皮栎和白杨树种进行了研究地表火蔓延及地表火自下而上蔓延引发树冠火的机制。方法采用外业调查、内业实验、软件分析三部分,主要采用的模型为Rothermel模型和Van Wagner模型。研究的目的包括:(1)地表火蔓延部分:地表火蔓延速度、单位面积内,地表火的发热量、地表火的火强度以及地表火的火焰高度;(2)地表火向树冠火的蔓延部分:主要结合地表火的火强度、各林分的平均第一枝下高度和各年份的绝对含水率展开,模拟了北京地区的潜在地表火和树冠火行为。研究的意义旨在为北京地区的森林的潜在火行为提供参考,也为火灾的预防提供了有效的数据。主要结论如下:(1)在地表火方面,其蔓延速度和可燃物含水率成反比,与近地表风速成正比;单位面积产生热值只和可燃物自身属性有关,可燃物含水率的多少对燃烧产生的热值有影响,而风速的快慢对其不造成影响;地表火火强度的高低与可燃物含水率成反比,与风速成正比。火焰高度与随风速的增加而增加,随地表可燃物的含水率增加而减小;(2)在地表火引发树冠火方面,得出树木的第一枝下高和树木的绝对含水率对树冠火的发生具有重要影响,第一枝下高越高,树木的绝对含水率越大,越容易发生树冠火;(3)刺槐林较难发生树冠火,蒙古栎林与栓皮栎林较容易从地表火引发为树冠火,刺槐可作为主要的防火树种

关键词：地表火树冠火火模型火行为火蔓延

环境氧浓度对可碳化固体可燃物表面火蔓延的影响

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火灾科学 2008年第2期17卷 73-76页

作者：万维孙金华李杰中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

在顺流风速为7.5cm/s、氧浓度分别为正常大气氧浓度0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5倍的条件下,测量了3 mm厚的白木表面水平火蔓延速率及其上方的温度场特性。实验中观察到,在本实验条件范围内当来流氧浓度小于正常大气氧浓度的0.8倍(绝对... 详细信息

在顺流风速为7.5cm/s、氧浓度分别为正常大气氧浓度0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5倍的条件下,测量了3 mm厚的白木表面水平火蔓延速率及其上方的温度场特性。实验中观察到,在本实验条件范围内当来流氧浓度小于正常大气氧浓度的0.8倍(绝对氧浓度为16.8%)时火蔓延不能自发维持。当来流氧浓度高于正常大气氧浓度的0.9倍(绝对氧浓度为18.9%)时,随着氧浓度的逐渐增加,火蔓延速率以二次指数形式在增加。另外随着氧浓度的增加,固体表面上方火焰前锋处的温度场也出现了变化,固体表面上方最高温度出现的位置随着氧浓度的增加向远离表面方向移动,并且高温区域随着氧浓度的增加而逐渐变大。

关键词：环境氧浓度火蔓延温度场

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沿固体木板面火蔓延状况的影像测量方法研究

火灾科学 1996年第2期5卷 63-68页

作者：袁宏永史学锋刘申友中国科技大学火灾科学国家重点实验室合肥炮兵学院电学教研室

本文就火在固体木板面蔓延的影像测量方法进行了研究，提出了利用彩色序列影像进行固体木板表面火蔓延状况测量的新方法，通过对垂直木板面和倾斜木板面火蔓延的实际测量试验，验证了该方法的有效性。

关键词：火蔓延序列影像测量固体木板面火灾

环境风作用下聚氨酯泡沫水平火蔓延行为实验研究

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消防科学与技术 2021年第8期40卷 1121-1124页

作者：万露露马鑫王经纬刘天昊安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601

为探究环境风速对聚氨酯泡沫水平顺流火蔓延的影响,开展多组工况对比实验,分析不同侧向风速对火蔓延典型特征参数(火焰形态、质量损失和近域场温度及辐射)影响。实验结果表明:侧向风速会缩短热解前锋预热角形成时间,且预热角度大小与风... 详细信息

为探究环境风速对聚氨酯泡沫水平顺流火蔓延的影响,开展多组工况对比实验,分析不同侧向风速对火蔓延典型特征参数(火焰形态、质量损失和近域场温度及辐射)影响。实验结果表明:侧向风速会缩短热解前锋预热角形成时间,且预热角度大小与风速呈负相关,预热角减小会增大火焰前锋对预热区热反馈面积,使火蔓延速度增加;火焰前锋受侧向风速拉伸效应主导下的空气卷吸作用,火蔓延过程中熔融滴落频率增大,加大次生火灾危险性;同时火蔓延过程中材料的质量损失率随风速增加而增加;风速的冷却效应在火蔓延前期占主导地位,但仍会促进火蔓延速度,且水平板材上下两侧辐射峰值差逐渐增大。

关键词：环境风速聚氨酯泡沫火蔓延燃烧特征参数建筑火灾

凹型结构下外墙保温材料EPS火蔓延实验及数值模拟研究

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凹型结构下外墙保温材料EPS火蔓延实验及数值模拟研究

作者：高金达安徽工业大学

学位级别：硕士

近年来,建筑业的快速发展促使建筑外部结构更加多元化,如凹型结构外立面因能改善建筑的通风和采光性能,被广泛地应用于建筑外墙中。另外一方面,随着国家对建筑节能的高度重视,越来越多的有机保温材料如EPS、XPS等被广泛应用于建筑外墙... 详细信息

近年来,建筑业的快速发展促使建筑外部结构更加多元化,如凹型结构外立面因能改善建筑的通风和采光性能,被广泛地应用于建筑外墙中。另外一方面,随着国家对建筑节能的高度重视,越来越多的有机保温材料如EPS、XPS等被广泛应用于建筑外墙保温。由于其本身易燃特性,导致因保温材料而发生的火灾事故屡见不鲜。加上凹型结构的烟囱效应特点,往往导致火灾蔓延迅速,燃烧猛烈,给人民生命和财产安全构成很大的威胁。因此现急需对建筑外墙凹型结构火蔓延及燃烧机理进行研究,从而更好地对此类火灾事故进行预防和控制。本文选用典型保温材料EPS为研究对象,实验探究凹型等受限结构下EPS竖直向下火蔓延特性;以及凹型结构中不同结构因子(侧壁长度与背墙宽度的比值)对EPS竖直向上、向下和中部火蔓延特性的影响;通过数值模拟软件FDS研究结构因子的变化对凹型结构建筑外立面火蔓延特性的影响。主要研究内容如下:(1)对比研究在竖直贴壁、平行幕墙和凹型结构三种受限结构下保温材料EPS垂直向下火蔓延传播特性规律。结果表明:在竖直贴壁情况下,火焰燃烧以液体聚集池火区为主;平行幕墙情况下,以粘性液体墙火区和液体聚集池火区共同作用形成贴壁燃烧;而在凹型结构中形成了以粘性液体墙火区和液体聚集池火区共同燃烧的偏移式火焰。研究发现,火焰高度、质量损失速率、火焰温度以及火蔓延速度等参数变化基本遵循如下的规律特点:平行幕墙>凹型结构>竖直贴壁。由于平行幕墙和凹型结构对于空气卷吸以及热量传递的影响,使得在蔓延的后期出现了火焰拉伸变长的现象。(2)研究在凹型结构中EPS竖直向上和竖直向下火蔓延的特性。在垂直向上蔓延过程中,EPS出现短暂的停滞现象。一方面由于烟囱效应易形成一个大的浮力压力差,导致火焰不稳定;另一方面由于凹型结构易于烟气的聚集,导致燃烧不充分。而在垂直向下蔓延过程中,由于逆向烟囱效应的影响,火蔓延速度明显加速。火蔓延过程中质量损失速率,很大程度上受其火焰高度的影响,呈现上下振荡的特性。未燃区域部分,火焰温度经历两个温度峰值,向上蔓延过程中第一个温度峰值大于第二个;而向下蔓延过程中第一个温度峰值小于第二个。这主要是由于火焰结构形态及烟囱效应的方向特点,导致产生两个不同大小的峰值。(3)为了更接近真实的火灾情况,设计了凹型结构中部火蔓延实验,研究不同结构因子下中部火蔓延的特性。结果表明:在火蔓延过程中,中部火蔓延上部火焰停滞现象要弱于单一向上火蔓延情况;在结构因子α=1.5时,火焰的稳定性最好,出现熔融EPS复燃的现象最弱。在中部火蔓延过程中,当试样上部平均火焰高度增大时,试样下部的平均火焰高度会相应的出现减小的现象,反之亦然。某种程度上向上和向下火焰高度存在着相互抑制的特点。这主要由于上下两部分的燃烧对凹型结构中的烟气以及压力产生了相应的影响。(4)使用FDS软件模拟不同凹型结构因子下单一向上火蔓延情况。结果表明,在α=1.5条件下,EPS保温材料能够持续稳定的蔓延,与实验结果高度吻合。模拟发现,当α从1.5增加到3.5的时候,越来越多的烟气聚集于凹型结构中,对空气的卷吸速度产生了比较大的影响,从而对火蔓延的进行起到了抑制的作用。

关键词：模塑聚苯乙烯结构因子凹型结构火蔓延数值模拟