基于炭层表面氧化放热效应的炭化可燃物热解及气相着火机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
50976111
项目类别：
面上项目
资助金额：
42.0万
负责人：
杨立中
依托单位：
中国科学技术大学
学科分类：
E0604.燃烧学
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
邓志华；周宇鹏；王亚飞；戴佳昆；郄军芳；
关键词：
变压变氧炭化可燃物气相着火炭层表面氧化放热

项目摘要

炭层表面氧化放热过程是炭化可燃物热解着火过程中从开始炭化到发生着火之间的重要过程，其对于着火的发生起着一个高温引火源的作用。深入开展炭层表面氧化过程的研究，建立炭化可燃物非热惰性热解着火模型，对于更加准确预测炭化可燃物在火灾发生和发展阶段的燃烧特性有着极其重要的理论意义。本项目针对炭化可燃物的炭层表面氧化放热过程和气相着火过程，首先选取不同辐射距离和辐射方向工况，实验研究炭层表面氧化放热作用对于炭化可燃物热解着火特性的影响，了解控制表面炭层氧化放热的物理和化学机理。在此基础上，建立耦合炭层表面氧化放热过程的非热惰性炭化可燃物热解着火模型；接着在炭层表面氧化放热作用影响明显的不同海拔高度（合肥地区、西藏拉萨地区等）工况下开展实验研究，研究压力、氧气浓度等参量对炭化可燃物热解着火规律的影响，扩展模型的适用范围。

结项摘要

本项目针对能够真实模拟实际火灾工况的电阻型辐射源加热作用下，对有引火源情况下辐射方向的影响进行了一系列的实验研究，选取了水平方向和垂直方向两个辐射方向。研究结果显示，不同辐射方向下固体可燃物在热辐射作用下产生的热解气体羽流结构有很大区别；在同一海拔高度同一入射热流强度下，垂直方向下固体可燃物在热辐射作用下的质量损失速率比水平方向的更大，着火时间更短，表面温度更低；对未改进电火花情况下辐射方向的影响进行了研究，进一步验证和加强了辐射方向对热解及着火特性影响的结论。.依据在水平辐射和垂直辐射工况下热解气体对辐射热流的吸收差异，在前人经典模型的基础上，考虑了热解气体的流动对热解模型边界条件的影响，建立了预测水平和垂直辐射两种工况下木材热解着火的数值模型。通过模型与实验结果的对比，验证了模型的准确性和适用性；进而利用该改进模型计算了不同入射热流条件下木材的失重速率、表面温度、着火时间等热解着火关键参数。.本项目以电火花作为引火源，在合肥、西宁和拉萨三地分别研究了引火源能量对木材着火特性的影响，发现：在不同海拔高度地区，随着引火源能量的增大，着火时间逐渐缩短，着火时刻质量流率逐渐减小，临界热流变小。只是这一趋势在低海拔地区即环境压力较高时表现得更为明显。.关于引火源位置对固体可燃物着火特性的影响，本项目在多种工况下进行了系统而全面的实验。通过对PMMA水平放置和垂直放置、引火源在多个方向变化的实验研究发现：样件水平放置、引火源位置垂直变化时，着火时间随引火源位置的升高线性增长，着火时刻质量流率则随着引火源高度的升高先减小后增大，即存在使着火时刻质量流率最小的引火源位置；样件垂直放置、引火源位置在垂直方向变化时，最短的着火时间出现在引火源位于样件上边缘时，引火源位置与辐射热流和固体边界共同影响着火时间，在小热流下，引火源在垂直方向高度的变化对着火时间的影响表现得更为明显；样件垂直放置、引火源位置在水平方向变化时，着火时间随距样件水平距离的增大而增加，这一现象可用热解气体浓度梯度的差异进行解释。着火时间与水平距离的关系可以拟合成二次曲线，实验获得了无法引燃固体可燃物的水平距离，这一距离随着辐射热流的增加而增大；值得注意的是着火时刻质量流率在样件垂直放置时测得的最小值几乎比样件水平放置时测得的最大值还要大，这意味着实验中样件垂直放置时获得的着火时刻质量流率值更大。