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浓度梯度对火焰加速和爆燃转爆轰的影响

工程热物理学报 2023年第1期44卷 266-273页

作者：范菊梦沈婷刘丹丹肖华华中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230031

本文采用高精度CFD方法求解非定常、完全可压缩的反应性Navier-Stokes方程,并开发了非均匀氢–空气爆燃转爆轰(DDT)的简化燃烧反应模型,以研究浓度梯度对氢–空气火焰加速和DDT的影响。并将危险性最大(化学计量比)的均匀混合物与整体当... 详细信息

本文采用高精度CFD方法求解非定常、完全可压缩的反应性Navier-Stokes方程,并开发了非均匀氢–空气爆燃转爆轰(DDT)的简化燃烧反应模型,以研究浓度梯度对氢–空气火焰加速和DDT的影响。并将危险性最大(化学计量比)的均匀混合物与整体当量比为1的非均匀混合物进行比较。结果表明,虽然非均匀混合物最大火焰表面积较大,但平均总释热较低、火焰加速较弱,导致两者的DDT机理和发生位置均不同,爆轰波更易解耦。本文条件下,化学当量比的均匀混合物比非均匀混合物更易发生DDT,主要是因为其总释热更高。

关键词：浓度梯度火焰加速爆燃转爆轰氢气爆炸爆炸数值模拟

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掺氢甲烷射流扩散火焰燃烧特性分析

工程热物理学报 2023年第11期44卷 3172-3182页

作者：李洪旭肖华华中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230027

采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明,热量的传递主要是通过热气流对流进行,上游高温气流快速沿轴向流动,径向热量传递较弱;而下游轴向速度降低,热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳... 详细信息

采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明,热量的传递主要是通过热气流对流进行,上游高温气流快速沿轴向流动,径向热量传递较弱;而下游轴向速度降低,热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳定,而下游在涡旋作用下出现显著的扰动。射流速度对火焰特性有较大影响,增大射流速度后,火焰高度、辐射强度以及CO、NO、CO_(2)、H_(2)O浓度皆显著增加,且辐射强度峰值向下游移动。掺氢量对火焰特性也有重要影响,随着H_(2)含量增加,燃料向下游传播距离缩短,CO、NO、CO_(2)浓度降低,H_(2)O浓度增加。

关键词：掺氢甲烷扩散火焰火焰高度温度自由基

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正向风作用下的对开口腔室火灾行为

清华大学学报（自然科学版） 2023年第10期63卷 1502-1511页

作者：段君瑞何明铭胡皓玮纪杰中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

为了系统揭示正向风作用下对开口腔室火灾行为的演化机理,该文建立了更符合实际的腔室火灾场景,开展了相应的数值模拟和理论分析,研究了正向风风速对迎风侧、背风侧的火溢流行为、腔室内部温度以及腔室气体流动方式的影响。结果表明:随... 详细信息

为了系统揭示正向风作用下对开口腔室火灾行为的演化机理,该文建立了更符合实际的腔室火灾场景,开展了相应的数值模拟和理论分析,研究了正向风风速对迎风侧、背风侧的火溢流行为、腔室内部温度以及腔室气体流动方式的影响。结果表明:随着风速的增加,通风控制下腔室迎风侧的火溢流会逐渐消失。之后,背风侧的火溢流也会逐渐消失。火溢流发生的临界判据为全局当量比等于0.645。当全局当量比小于等于0.645时,燃烧只发生在腔室内部;当全局当量比大于0.645时,腔室外部开始出现火溢流。在燃料控制状态下,腔室内部的平均温度随着风速的增大不断降低。结合腔室内外的能量守恒方程,通过量纲分析,建立了正向风作用下燃料控制状态腔室内平均温升模型。基于迎风侧和背风侧与腔室内的压差,建立了腔室气体由双向流动转化为单向流动的临界风速表达式。当风速小于临界风速时,腔室两侧开口气流存在双向流动;当风速大于等于临界风速时,腔室两侧开口气流为单向流动。

关键词：腔室火正向风腔室温度热释放速率火溢流

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本征阻燃生物基环氧树脂研究进展

高分子学报 2022年第8期53卷 894-905页

作者：牛浩鑫王鑫宋磊胡源中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

目前绝大部分环氧树脂尤其是双酚A二缩水甘油醚型环氧单体依赖于石油资源.由于温室气体的限制排放,采用生物基环氧树脂来替代石油基环氧树脂的发展受到越来越多的关注.然而,与石油基环氧树脂类似,生物基环氧树脂同样面临易燃、火焰蔓延... 详细信息

目前绝大部分环氧树脂尤其是双酚A二缩水甘油醚型环氧单体依赖于石油资源.由于温室气体的限制排放,采用生物基环氧树脂来替代石油基环氧树脂的发展受到越来越多的关注.然而,与石油基环氧树脂类似,生物基环氧树脂同样面临易燃、火焰蔓延快等缺点,极大地限制了其应用.因此,开发本征阻燃生物基环氧树脂十分重要.本文主要探讨了由可再生资源制备本征阻燃生物基环氧树脂的最新进展和未来前景.重点介绍了由生物基环氧单体或生物基固化剂制备的部分生物基环氧树脂的力学性能、热稳定性和阻燃性能,此外,还介绍了本征阻燃全生物基环氧树脂.最后对本征阻燃生物基环氧树脂未来发展的机遇和挑战做了简要的展望.

关键词：生物基环氧树脂本征阻燃阻燃性能力学性能

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强迫对流条件下固体层流燃烧理论研究

工程热物理学报 2022年第11期43卷 3076-3082页

作者：勾福海肖华华李宓孙金华中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

本文研究了强迫对流条件下固体平板层流燃烧特性,开展了不同尺寸的PMMA板在强迫对流条件下的稳定燃烧实验。强迫对流条件下的固体平板燃烧理论是基于边界层理论发展而来,在实验中也可以看出,PMMA平板燃烧状态是稳定的层流燃烧。根据边... 详细信息

本文研究了强迫对流条件下固体平板层流燃烧特性,开展了不同尺寸的PMMA板在强迫对流条件下的稳定燃烧实验。强迫对流条件下的固体平板燃烧理论是基于边界层理论发展而来,在实验中也可以看出,PMMA平板燃烧状态是稳定的层流燃烧。根据边界层理论,本文求解了流函数方程,得到了火焰厚度以及努塞尔数的理论表达式。根据实验结果,探讨了火焰厚度、火焰长度、努塞尔数和雷诺数的关系及质量损失速率的变化。

关键词：层流燃烧边界层火焰质量损失速率

不同外部辐射热流下小尺寸原木燃烧特性实验研究

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清华大学学报（自然科学版） 2022年第6期62卷 1023-1030页

作者：胡皓玮祁桢尧时敬军纪杰中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

木材因其优异的隔热性能、力学强度和观赏价值而被广泛应用于建材、家具和工艺品中。作为一种可燃材料,木材的燃烧过程会经历热解、点燃、炭化与开裂。目前对于木材燃烧特性的研究,样本通常选用均质的人造板材或避开缺陷的原木。但实际... 详细信息

木材因其优异的隔热性能、力学强度和观赏价值而被广泛应用于建材、家具和工艺品中。作为一种可燃材料,木材的燃烧过程会经历热解、点燃、炭化与开裂。目前对于木材燃烧特性的研究,样本通常选用均质的人造板材或避开缺陷的原木。但实际情况下,不同树种结构各异,制备而成的原木板表面的纹理分布不均匀,同时原木中还存在木节等结构缺陷,这些因素都可能影响原木板材的燃烧过程。该文在火焰蔓延量热仪下开展小尺寸原木板材燃烧实验,使用3种树种(辐射松、白松、杉木)的原木,比较了不同外部辐射热流下原木的燃烧特性,获得了不同树种的典型燃烧行为、热释放速率曲线和点燃特性。结果表明,不同树种、不同纹理、结构缺陷(木节)会影响原木的燃烧行为。随着外部辐射热流的增加,原木的点燃时间缩短,热释放速率峰值增加。在该文实验工况范围内,外部辐射热流15 kW/m^(2)时原木点燃时间的重复性差异最大约35%,高于均质人造板材,体现了原木结构非均质性对其燃烧特性的影响,但这一差异随外部辐射热流的增加而减小。对于同一树种,疏、密纹理样本的燃烧特性存在差异,辐射松疏、密纹理原木点燃时间差值最大可达500 s以上,且平行于纹理方向上的炭化速率高于垂直于纹理方向上的。杉木中含有大量木节,低外部辐射热流条件下木节的存在会导致点燃时间缩短、热释放速率峰值增加。

关键词：木材燃烧原木纹理木节炭化

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模拟雷击明火点燃松针燃料的实验研究

工程热物理学报 2022年第3期43卷 840-845页

作者：张宏民乔艺骞唐珑坪陈海翔刘乃安张林鹤中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

雷击是森林火灾重要的诱因之一,然而当前对雷击引燃森林火灾的过程和机理研究十分有限。本文通过雷击火模拟实验台产生含“长连续电流”的模拟雷击电弧,对不同含水率的松针进行了点燃实验,分析了模拟雷击电弧明火点燃松针过程中火球的... 详细信息

雷击是森林火灾重要的诱因之一,然而当前对雷击引燃森林火灾的过程和机理研究十分有限。本文通过雷击火模拟实验台产生含“长连续电流”的模拟雷击电弧,对不同含水率的松针进行了点燃实验,分析了模拟雷击电弧明火点燃松针过程中火球的产生机理和演化过程。通过图像处理获取了点燃过程中火球最大高度和0.8~1.0 s期间火柱平均高度,揭示了模拟雷击电弧能量和燃料含水率对松针点燃的影响机制:模拟电弧能量通过影响初始可燃性气体的生成量影响火球火柱热反馈行为,进而影响模拟电弧点燃松针的概率;燃料含水率通过影响“火焰自维持阶段”燃料的吸热量影响松针的点燃结果。

关键词：森林火灾雷击火森林可燃物含水率点燃过程

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二氧化硅气凝胶及其在保温隔热领域应用进展

化工进展 2023年第1期42卷 297-309页

作者：潘月磊程旭东闫明远何盼张和平中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室安徽合肥230027

二氧化硅气凝胶是目前已知最轻的固体材料,具有热导率低、孔隙率高和比表面积大等优点,被誉为新型超级保温隔热材料。然而,二氧化硅气凝胶自身存在力学性能差和制备成本高的问题,大大限制了其在保温隔热领域大规模推广应用。本文简述了... 详细信息

二氧化硅气凝胶是目前已知最轻的固体材料,具有热导率低、孔隙率高和比表面积大等优点,被誉为新型超级保温隔热材料。然而,二氧化硅气凝胶自身存在力学性能差和制备成本高的问题,大大限制了其在保温隔热领域大规模推广应用。本文简述了二氧化硅气凝胶合成技术和力学性能增强方法,从制备过程控制、老化条件优化、热处理、纤维复合和高分子聚合物复合等方面分析了其对气凝胶性能和工艺的影响,重点介绍了近年来二氧化硅气凝胶保温隔热材料应用在航空航天、军工领域、工业管道、建筑保温以及新能源汽车等领域的研究进展,总结了其在各领域应用的技术挑战。指出未来需进一步拓展二氧化硅气凝胶的使用温区,利用共前体和化学交联等方法增强高温下的隔热性能,同时解决气凝胶纤维复材“掉粉”和微米级粉体分散不均匀等难题,尤其是新能源汽车等新兴应用领域发展迅猛,未来仍需针对新的应用需求对其合成技术进行设计和优化。

关键词：二氧化硅气凝胶纳米材料保温隔热应用复合材料力学增强

坡度条件下不同长宽比矩形火源燃烧火焰贴地长度实验研究

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燃烧科学与技术 2024年第1期30卷 75-81页

作者：李权陈宇航苗延利胡隆华中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

利用可变角度实验台,改变斜坡角度(10°~50°)、热释放速率(12.3~24.6 kW)以及燃烧器长宽比(1~6),开展了一系列燃烧实验,研究了火焰贴地长度随这3个因素的演变规律.结果表明,随着斜坡角度、火源热释放速率及燃烧器长宽比的增加,火焰贴... 详细信息

利用可变角度实验台,改变斜坡角度(10°~50°)、热释放速率(12.3~24.6 kW)以及燃烧器长宽比(1~6),开展了一系列燃烧实验,研究了火焰贴地长度随这3个因素的演变规律.结果表明,随着斜坡角度、火源热释放速率及燃烧器长宽比的增加,火焰贴地长度增加.对于相同的坡度和火源热释放速率,随长宽比增大,贴地长度增幅范围在65%~105%之间.基于斜坡诱导压差与火羽流浮力共同作用的物理机制分析,并考虑到燃烧器长宽比对火焰卷吸行为的影响,提出了无量纲火焰贴地长度预测模型.

关键词：斜坡火不同长宽比矩形火源火焰贴地长度空气卷吸热释放速率