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[硕士论文] 袁安祺
动力机械及工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:本质安全型防爆设备是指设备内部的所有电路在正常工作或者规定的故障条件下,产生的所有电火花以及热效应都不会点燃规定的可燃性气体的本质安全型设备。
  本文对一台六关节机械臂进行了研究,选取六关节机械臂的第三个关节模块,对它进行了本质安全防爆性能的分析。机械臂的关节模块包括一台小功率的无刷直流电机和一台谐波减速器。首先对驱动关节模块进行了热源分析,利用经验公式计算了驱动关节模块各部分的损耗,计算可以得到额定工况和空载条件下的基本铜耗分别为11.73W和1.30W,单个功率管的损耗分别为1.47W和0.51W。定子损耗为21.79W,减速器损耗为43.50W。
  利用计算得到的损耗,通过Ansys Workbench中的稳态热分析模块对驱动关节模块进行了热仿真和热测试,对驱动关节模块额定工况和空载条件下外表面的温升进行了计算分析。从得到的结果可以看出,在空载条件下,驱动关节模块各表面温度低于温度组别所要求的温度,最高只有50.37℃。在额定工况的条件下,驱动关节模块大部分零部件最高表面温度都不超过53.22℃,但PCB板上的最高表面温度较高,大约为93.73℃。
  本文还对产生损耗的定转子、减速器和控制电路单独进行了计算分析,其中定转子和减速器的最高表面温度不超过63.91℃,但PCB板最高表面温度达到了97.69℃。为了使驱动关节模块和电路中的各元器件具有更长的寿命以及更高的可靠性。本文还对驱动关节模块的散热性能进行了优化设计。首先对部分零部件的材料进行了优化设计,比如外壳和连接法兰等零件改用了7050这种导热性能更好的铝合金。由于减速器、定予以及PCB板是驱动关节模块的主要发热源,所以本文在跟减速器和转子接触的电机轴的表面设计了散热孔结构,加快了驱动关节模块的散热速度。从计算得到的结果来看,空载时,驱动关节模块各零部件的最高表面温度稍有降低,最高降低了2.05℃。同样,在额定工况下改进后的各零部件的最高表面温度也有所下降,最高下降了2.21℃。
  根据《GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》对本质安全电路的要求,给电路的外接电源添加了保护,利用35A保险丝给48V外接电源添加了过流保护。利用电火花能量计算公式,分别计算了电感性电路、电容性电路和电阻性电路中可能产生的火花能量的大小。对于不符合要求的电容,本文使用了串接电阻并浇封的方法,调整了有效电容的大小达到了限制能量的目的,电阻的阻值分别为5Ω、10Ω以及50Ω。对于不符合要求的电感线圈,在两端并联了两只续流二极管作为保护电路。通过上述措施尽可能的减小了可能产生的电火花的能量大小,使其不会点燃矿井下的爆炸性气体混合物。
  控制电路产生的电火花以及驱动关节模块的热效应是点燃爆炸性气体混合物的主要因素。因此本文通过对驱动关节模块的热效应和电火花的形成机制的研究,对驱动关节模块进行了防爆性能分析和优化设计,使其安全性能大大提高,对本质安全驱动关节模块的防爆有着重要的意义。
[硕士论文] 董海佩
安全科学与工程 广西大学 2018(学位年度)
摘要:钛粉主要是制取粉末冶金零件的原料,还用于电真空中固体泵源、电真空吸气剂、塑料充填剂、表面涂装材料、飞机零部件和制取各种钛化合物,应用领域十分广泛。钛粉易发生氧化、燃烧、爆炸,属于危险品。粉尘爆炸对人、财产、环境带来重大威胁,因此研究钛粉的爆炸参数并对其危险性进行评价,为预防钛粉在生产、运输、加工过程中发生爆炸提供理论依据,意义重大。本文的主要研究内容和结论如下:
  (1)使用哈特曼管,对5种粒径的球形钛粉进行点火能下限(MIE)实验。拟合出钛粉点火能下限受浓度和粒径影响变化的函数,以及敏感浓度受粒径影响变化的函数。结果表明:中位粒径为18μm、25μm、38μm、48μm、74μm的钛粉对应的敏感浓度分别为700g/m3、750g/m3、800g/m3、800g/m3、850g/m3,点火能下限分别为33.2mJ、38.1mJ、41.3mJ、44.3mJ、67.4mJ;点火能下限随浓度的增大以二次函数的形式先减小后增大,随粒径的增大以二次函数的形式增大;敏感浓度与钛粉粒径呈正相关;紊流指数敏感值与喷尘压力呈负相关;喷尘压力不变,粒径越大,紊流指数敏感值越大。紊流指数不变,钛粉粒径越大,喷尘压力敏感值越大。
  (2)利用20L球型密闭爆炸装置,对5种不同粒径的球形钛粉进行爆炸实验。分别拟合出最大爆炸压力(Pmax)、最大爆炸指数(Kmax)随钛粉粒径和浓度变化的函数,以及两者的敏感浓度、爆炸浓度下限(LEL)随粒径变化的函数。结果表明:中位粒径为18μm、25μm、38μm、48μm、74μm的钛粉对应的最大爆炸压力分别为0.662MPa、0.619MPa、0.574MPa、0.497MPa、0.263MPa,敏感浓度分别为800g/m3、900g/m3、950g/m3、1000g/m3、1100g/m3;对应的最大爆炸指数分别为22.35MPa·m/s、14.76MPa·m/s、11.72MPa·m/s、9.7MPa·m/s、7.41MPa·m/s,敏感浓度分别为800g/m3、950g/m3、950g/m3、1000g/m3、1200g/m3;最大爆炸指数的敏感浓度和敏感紊流指数大于等于最大爆炸压力的敏感浓度和敏感紊流指数;随着粒径增加,最大爆炸压力以二次函数的形式减小,而最大爆炸指数以指数函数的形式减小,两者对应的敏感浓度、爆炸下限浓度以线性函数的形式增加;随着钛粉浓度的增加,最大爆炸压力和最大爆炸指数以二次函数的形式先增加后减小。
  (3)利用粉尘云最小引燃温度测定装置和粉尘层最小引燃温度测定装置,对5种不同粒径的球形钛粉的最小引燃温度(MIT)进行实验研究。拟合出钛粉尘云最小引燃温度(MITC)和粉尘层最小引燃温度(MITL)关于粒径的函数,以及钛粉尘云最小引燃温度(MITC)关于浓度的函数。结果表明:中位粒径为18μm、25μm、38μm、48μm、74μm的钛粉对应的粉尘云最小引燃温度分别为482℃、498℃、530℃、567℃、647℃,对应的粉尘层最小引燃温度分别为430℃、440℃、460℃、470℃、480℃;喷尘压力的增大对钛粉尘云最小引燃温度无明显影响;浓度的增大使钛粉尘云最小引燃温度以二次函数的形式先减小后增大;粒径的增大使钛粉尘云最小引燃温度以二次函数的形式单调递增且增幅越来越大,使钛粉尘层最小引燃温度以指数的形式单调递增且增幅越来越小;钛粉粒径相同时,粉尘云最小引燃温度高于粉尘层最小引燃温度。
  (4)通过爆炸综合指数法、德国爆炸指数法、原苏联评价法、中国粉尘爆炸危险性分级框架法对5种粒径的球形钛粉进行爆炸危险性评价。由于不同评价方法的判断标准不同,所得结果并不一致,但总体而言,钛粉的点火敏感度较低而爆炸猛烈度较高,且钛粉的爆炸危险性随着其粒径的增大而增大。
[硕士论文] 张志军
安全工程 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:安全理念也叫安全价值观,是在安全方面衡量对与错、好与坏最基本的道德规范和思想,对于企业来说它是一套系统,应当包括核心安全理念、安全方针、安全使命、安全原则、安全愿景以及安全目标等主要内容。安全理念是企业安全文化管理的核心要素,是企业各项安全工作得以开展的准则,企业安全管理理念的培养、形成和发展,直接引导着企业安全生产的方向,关系着企业的生存和发展。
  本文简要介绍了国内外安全管理的现状,分析了安全理念在安全管理中的重要性及意义;归纳总结了安全管理的基础知识和相关理论,并对安全管理理念的设计、应用原则及其与安全管理之间的关联性等进行了深入的探讨分析;最后,以兰州黄河嘉酿啤酒有限公司为背景,建立了相应的评价指标体系,采用安全检查表法、事故后果模拟分析法及事故树分析法等手段,研究评价了该企业的风险状态,并在此基础上,制定了相应的安全管理理念,结果表明:
  1.厂区制冷系统所用液氨为显著危险有害因素,其重大危险源级别为三级,发生泄漏后的影响范围可超出厂区,将会影响到厂区以外的环境。因此企业应加强防毒管理,避免发生毒性化学品泄漏事故。
  2.厂区周边环境与总平面布置单元符合要求,满足生产条件。
  3.接地可靠与正确使用安全防护用具及安全防护设施是厂内防止触电事故的最重要环节;其次是严格执行作业中的监护制度和对系统中不带电体的绝缘性能的及时检查与维修,减少正常不带电部位意外带电的可能性。
  4.企业应建立健全涵盖生产经营全过程和全体从业人员的安全生产管理制度,全面深化安全理念建设,并通过高效的安全教育、严厉的安全绩效管理确保企业生产经营各个环节的安全可控。
[硕士论文] 耿建华
项目管理 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:在当前经济快速发展的形势下,电网建设的进度也在快速提升。随着电网建设的范围逐步扩大,电力输送的能力逐步增强,刺激了居民用电的增加,用电设备也迅速增多,电力事故发生的概率也在增加,随着企业和电网规模的扩张,事故没有明显减少,给社会经济和人民生活带来了损失。因此,如何能够推进电网安全风险防范工作,巩固电网安全运作基础,保障居民用电安全成为一项重要工作。
  防范电网安全风险,夯实电网建设基础,保证电网安全健康运行,建立完善的电网安全评价体系以及相应的预警方法,能够促进电网运转的安全性和经济性。随着社会的不断进步和环境恶化,仅通过传统的安全管理方法和多种安全技术措施的叠加,很难解决项目复杂系统中的安全问题。
  本文根据电网运行的特点,建立电网改造项目安全性评价指标体系,从多个方面对电网改造项目进行综合性的评价分析,通过安全性评价体系的建设,促进电网改造项目建设的顺利实施。以M市电网改造项目为研究对象,对其安全性进行实证分析。首先,对M市电网改造项目安全现状进行研究,分析电网改造项目安全性方面存在的电网线路负荷问题、设备运行问题、电力规范化操作方面的问题等其他问题。其次,分析影响电网改造项目安全性的主要因素,即人、设备、管理和环境,对这四个方面的原因进行综合分析。最后,建立安全评价指标体系。从输电网安全性、电网调度及二次系统安全性、电网电气一次设备安全性、电网供电安全性、电网应急管理安全性等方面建立指标体系,结合调查评价法、层次分析法等理论方法,对电网改造项目整体安全性进行综合评价。根据评价结果梳理出M市电网改造项目在安全性方面存在的问题,确定预警对策,提出对应的安全整改策略。
[硕士论文] 杜伟峰
安全工程 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:烟花爆竹仓库是烟花爆竹集散的重要节点。其不仅存储了大量的成品烟花爆竹,而且存储周期长、存储环境多样,是风险管控、事故预防的重要场所。本文以青岛周边10家烟花爆竹仓库为工程背景,在阅读相关文献和学习相关方法的前提下,利用BP神经网络方法对烟花爆竹仓库进行安全评价。
  (1)本文对烟花爆竹仓库进行了危险有害物质、仓库危险性进行了分析,从生产人素质因素、管理因素、环境因素和设备与危险物质的状态四个方面进行分析,建立了安全评价指标体系,并进行量化处理。
  (2)分析常用烟花爆竹仓库评价方法如安全检查表法、事故树分析法以及事故后果模拟法等方法,根据要研究的问题,在与传统的安全评价方法对比的基础上,确定了使用BP神经网络对烟花爆竹仓库进行安全评价。
  (3)通过对BP神经网络模型进行研究,构建出烟花爆竹仓库安全评价的BP神经网络模型,并借助Matlab软件实现仿真。
  (4)根据实地调研获取9家烟花爆竹仓库安全评价指标数据作为网络训练仓库样本,并进行预处理,通过样本的输入和输出设计 BP神经网络的结构,建立了基于BP神经网络的烟花爆竹仓库安全评价模型。
  (5)利用建立好的BP神经网络评价模型对青岛经济开发区烟花爆竹仓库安全状况进行评价,得出评价结果与该企业安全评价报告相符合,同时运用灰色关联法分析开发区烟花爆竹仓库安全评价等级,其结果与BP神经网络法相一致;证明运用BP神经网络方法对烟花爆竹仓库进行安全评价是可行的。
[博士论文] 宋超
安全科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:当前,中国的城镇化建设处于高速发展的阶段,与此同时,城市火灾风险居高不下。我国城市的消防规划相对滞后于城镇化的快速发展,特别对于城市的未来发展以及对火灾风险的发展考虑得不够全面,同时,考虑时空动态分布的火灾风险影响下的消防资源布局方面的研究也较少。本文通过引入相关数学模型来综合考虑时空变化对城市火灾发生的影响,充分考虑火灾发生的时空变化特征,并在此基础上发展一种与城市发展相适应的、动态的消防站选址规划模型,可为提高城市消防规划的科学性提供理论支撑。主要工作如下:
  1.城市尺度火灾发生的空间分布研究
  通过使用机器学习算法和空间计量经济学模型对市域尺度的城市火灾的发生进行空间建模,从而预测或者解释火灾发生的空间分布。
  首先,我们使用机器学习算法进行分析。针对特征选择得到的重采样结果显示,在训练集中,四种机器学习算法中随机森林模型(RF)的预测精度最高。样本点距离消防站的距离、人口的分布、企业工厂的分布、道路密度、温度的分布以及海拔是选入RF中的自变量,说明这些变量对火灾风险的贡献度最大。同时随机森林算法在训练集和测试集上均预测效果较好,差别不大,说明其较为稳健。
  之后,通过对空间计量经济学模型进行分析,结果显示空间通用模型(SAC)的赤池信息准则(AIC)值最小,也即拟合效果最好。结果显示道路密度对火灾密度有正相关的关系,而温度、海拔以及距离消防站的距离这三个变量均与火灾密度呈负相关的关系。结果说明人类的活动对于火灾发生有着相当重要的作用,同时也对空间回归模型的贡献度相对较大。同时,SAC模型在训练集上均表现良好,但在测试集上均与训练集的预测效果相差较大。这说明空间通用模型更适合对火灾风险进行解释。
  总之,在模型的适用性方面,我们发现RF能够表现出更稳健的预测能力,鲁棒性较强。而对于空间计量经济学模型,它们则能够从特定数据集(训练集)中隐藏的空间分布规律和聚类特征入手,采用空间权重矩阵准确地刻画市域尺度下城市火灾发生的空间规律与影响较大的自变量,更适合于解释火灾的发生,但总体上要强于随机森林算法。同时,通过对最终得到的SAC与RF模型在整个数据集上进行预测,结果显示,SAC在总体上要优于RF。进一步通过对模型的残差进行分析和可视化,结果显示SAC比RF更能解释火灾发生的空间结构。
  2.城市尺度火灾发生的时间分布研究
  通过使用小波变换的方法对火灾与气象因素的时间序列进行分析,进而揭示时间序列中存在的潜在规律与变化共性,之后使用经典的自回归移动平均模型与MCMC对火灾频次的时间序列进行拟合,最终得到时间维上的城市火灾风险发展趋势。
  首先,通过小波变换来分析火灾频次的时间序列,结果显示存在四个特征时间尺度,分别为4,18,34,56个月,火灾频次的周期性波动在56个月(4-5年)这样的时间尺度上周期性最强,适合于在较大的年际尺度上进行火灾周期性的研究分析。可以从定性的结果中推测在2010-2011年火灾频次将呈现下降趋势,之后将继续上升。
  其次,气象因素的时间序列通过小波分析,发现不同的变量存在不同的特征时间尺度集合。它们均包含18个月的特征时间尺度,这说明气象因素也和火灾频次的时间序列拥有共同的平均变化周期为12个月。
  最后,通过使用经典的时间序列模型对火灾频次进行建模,通过比较,最终选用ARIMA(0,1,1)模型来进行建模。另一方面,我们选用MCMC模型来进行时间序列建模,结果显示日照时长的系数值最大,表示其对火灾发生的影响最大。同时,日照时长与相对湿度的系数值为正,表示与火灾发生的频次正相关;平均温度与降水量的系数值为负,表示与火灾发生的频次负相关。另外,去除气象变量后的MCMC模型与包含气象变量的MCMC模型进行了对比,结果表明加入气象因素的MCMC模型的拟合度更好,更能勾勒时间序列中的波动。
  3.城市尺度火灾发生的时空分布研究
  通过使用以最小二乘法(OLS)为基础的全局线性回归模型(LM)进行分析,对比了全局模型与局部模型在火灾风险预测方面的效果,最终可以得到火灾风险分布的时空模型。
  首先,我们使用空间交叉验证(SCV)对自变量进行选择。使用SCV进行线性回归训练的结果显示,道路密度与工厂企业的空间分布是火灾风险建模中最重要的变量,与火灾的发生密切相关,但是前者对于火灾风险正相关,而后者为负相关。
  之后,我们使用选择的自变量进行了地理加权回归(GWR)与时空加权回归(GTWR)两种局部拟合模型对火灾风险进行解释与预测。结果显示,拟合效果GTWR>GWR>LM。通过提取模型中的自变量的系数并进行可视化,结果显示,对于相同的自变量,其系数值与显著度水平在不同时间截面的相同位置处发生了一定程度的变化。
  最后,通过对不同区域显著变量的数目进行分析,结果显示参数的空间异质性分布规律主要集中在城市的非中心区,往往是一些人类局部活动性较为集中的次中心地带或者集镇、县城等地区。通过对三个模型产生的残差进行半异方差检测,结果显示GTWR对于火灾发生的空间结构的解释程度最强。同时,在模型的独立测试阶段,GTWR也显示出比GWR、OLS更为准确的预测能力。
  4.基于火灾发生时空动态模型的城市消防站选址规划模型
  首先,在前文工作的基础上,我们可以预测未来一段时间的火灾风险空间分布,进而建立改进的城市消防站选址规划模型。通过使用遗传算法进行选址模型的模拟仿真,结果显示使用基于匹配度与多重部分覆盖模型的选址模型更能体现出实际消防规划中的“等级对应”思想,也即不同等级的风险应和同等级的预防措施相对应。风险越高,消防站的出动时间应越小,救援路径应越短。因此,当目标函数为匹配度时,我们所建立的新模型与其他经典选址模型(P-中值,最大覆盖)相比,目标值最大且更加合理。
  另外,我们使用基于容量限制的路径寻优算法来模拟当发生并发火灾时,消防车对于火点进行扑救的路径选择问题。结果显示,基于容量限制的最短路径寻优算法CCRP可以解决消防车在基于城市道路网进行扑救时的最短路径选择问题。同时,这也可以模拟将空间节点上的人群进行群体疏散时来选择最短路径的情形。
[硕士论文] 范思祺
安全工程 大连理工大学 2017(学位年度)
摘要:液化气体通常有常温加压与低温液化两种储存方式,然而在两种储存方式中,容器内部液态介质的状态相对于外界环境都处于过热状态。当容器本身遭受机械损伤或是火灾辐射导致超压时,可能导致过热液体迅速爆沸,甚至引发沸腾液体扩展蒸气爆炸事故。而由于此类事故的发生频率与所带来的严重灾害,分析其过程的演化机理具有重要的现实意义。而沸腾液体扩展蒸气爆炸事故的过程本质上是在过热液体在快速泄压情况下,介质经历剧烈的爆炸性沸腾所引发的,所以分析过热液体在不同初始环境下的爆沸规律在该类事故分析与防治具有深远的研究价值。因此,本文开展了如下的研究工作:
  (1)设计并搭建了可更换主体装置的小型实验平台,主体装置采用内部加热的方式模拟介质的过热状态,并通过泄压装置实现快速泄放过程。在实验平台中,可以更换主体装置模拟不同长径比的储存容器,并且装置可以改变泄放口径、泄放压力等初始条件,实现温度、压力、介质流动情况的监测。
  (2)在实验平台的基础上,以水为实验介质,进行了爆沸过程的模拟实验。通过分析泄放过程中的温度、压力响应与介质的运动情况等基本规律,对不同压力反弹模式下的两相流发展特征进行了分析。提出了三种典型的压力反弹模式,并从介质沸腾引发的升压速率与介质泄放引发的降压速率的角度分析压力响应的成因与其中介质的运动过程。
  (3)此外,通过改变初始条件,对不同容器、初始压力、泄放口径、介质充装率下过热液体的爆沸过程进行实验探究,并对爆沸过程中压力响应强度的衡量参量进行了计算分析。结果表明:随着容器泄放口径的增大,容器内的压力响应强度在泄放口径为56mm时出现峰值,且两相介质的泄放速率逐渐增大;当爆沸过程的初始泄放压力上升时,增压倍数与相对升压量上升明显,介质沸腾过程也更为剧烈,若引发蒸气爆炸事故将造成更为严重的危害;在改变容器内介质的充装体积时,随着充装介质的减少,介质爆沸强度有着显著的下降,压力响应强度也呈现出明显的颓势;对于不同长径比容器的爆沸过程模拟实验,实验中同等工况下,560mm筒长的实验容器出现了更为剧烈的爆沸过程。
[硕士论文] 王志一
安全工程 中国矿业大学 2017(学位年度)
摘要:热辐射作为火灾中传热的主要方式,往往会对火灾的发展和蔓延起着决定作用,对于火灾热辐射的研究主要是要计算辐射热能,但是其计算方法通常都很复杂,主要是两方面的原因造成的:
  1、火灾中火焰的形状不固定,导致辐射的发射表面比较复杂,通常在计算过程中会将辐射表面假定为特定的几何形状,以此来简化热辐射的计算,在传统的计算中常常采用常规的几何形状来替代,主要有:点源、长板面形、圆锥体、圆柱体和立方柱体等。
  2、接收辐射的物体表面往往更加的复杂,要考虑:表面形状、散射分布特性、表面方向性、表面光谱特性、温度和位置变化等。
  传统传热学只对一些规则发射面与接受面的辐射模型的辐射计算有理论解,真实的火灾场景无论是火焰还是接受辐射的物体表面都要复杂的多,所以,这些有理论解的模型往往无法应用到真实的火灾热辐射计算之中,也意味着真实火灾场景的热辐射往往无法找到简单有效的方法进行计算。
  然而,本文采用蒙特卡洛法计算复杂表面物体之间的热辐射,旨在找到对复杂形状的发射面,以及复杂形状的接收面的热辐射计算的通用算法。本文采用的方法是用小三角形面去贴合复杂的燃烧火焰表面和复杂的接收辐射物体表面,利用众多数量的小三角形,近似模拟真实的辐射表面和接收辐射物体表面,从而将复杂的辐射计算模型转化为众多小三角形面之间的辐射计算模型,来实现对复杂表面热辐射的计算。
[硕士论文] 李春阳
公共管理 青岛大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,我国的城市化进程不断加快,城市建设迅速发展,城市功能不断完善,规模不断扩大,极大的推动了我国国民经济的发展,成为经济增长的重要引擎之一。但是,在建筑产业快速发展的同时,也暴露出很多问题。伴随着越来越多的建设工程项目开工,建筑行业的整体伤亡事故在整个生产性行业中高居不下,每年因建筑施工安全事故死亡的人数超过千人,直接经济损失愈百亿元。这不仅给伤亡者自身及家庭幸福带来损害,对社会稳定也产生了巨大的负面影响。因此,建筑施工安全是必须高度重视的问题,做好建筑施工安全政府监管现状及对策研究具有很强的现实意义。
  本研究首先从建筑施工安全管理方面的主要法律、法规和政策规定,建筑施工相关企业的安全管理及其问题,安全管理的投入以及教育培训,我国建筑施工安全事故现状和典型事故案例等各个方面分析阐述了我国在建筑施工安全方面存在的问题。对美国、日本等发达国家建筑施工安全监管工作进行研究,分别论述发达国家监管的特点、理念,分析与总结建筑施工安全监管的先进经验。进而根据研究中发现的我国在建筑施工安全监管当中存在的问题,结合我国现实国情,借鉴国外先进经验,提出相应的改进措施。通过探讨我国建筑施工安全政府监管存在的问题和对策,一方面发现自身存在的问题,另一方面借鉴国外优秀做法和经验,对于不断提升我国政府对于建筑施工安全监管工作水平和效率,降低安全事故的发生率,减少事故发生后造成的人员伤亡和财产损失,具有积极的促进作用。
[硕士论文] 陈恒
公共管理 华侨大学 2017(学位年度)
摘要:科技的进步和发展促进和成就了化学品工业商业的快速发展,化学品带来了人类生活的便利,但也带来了威胁和危险。不少化学品属于危险化学品,这些物品一般具有物理、生物等危险特性,在生产、经营、运输过程中如果安全管理不当,容易发生安全事故,给人类财产和生命带来巨大伤害。近几年来,我国危险化学品重特大安全事故持续高发,给政府公共管理带来了巨大挑战。因此如何调整完善现有的危险化学品安全监督管理体系,提升监督管理水平,成了政府公共管理研究的重点方向之一。
  惠安县是福建省省级危险化学品重点县之一,按照规划,惠安县将以泉惠石化工业区为载体建设化工工业产业集中区,意味着越来越多危险化学品从业企业将进入惠安,在带来经济发展机遇的同时也给当地危险化学品安全监督管理带来压力。本文运用事故致因理论、危机管理理论、政府管制理论,通过调查研究惠安县现有危险化学品监督管理体系,从监督对象、监督主体、监督环节等面分析了惠安县危险化学品安全监督管理存在问题及原因,并参考国内外危险化学品安全监督管理经验和启示,结合惠安县实际情况,从企业、政府和社会公众三个层面入手,提出了提升惠安县危险化学品安全监督管理工作的对策和建议,同时提出了规划危险化学品零售经营区、建立统一的危险运输车辆管理体系、推动部门协调机制再造等创新的监管方式方法。
[硕士论文] 郭超超
安全科学与工程 中国民航大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着锂离子电池需求量的日益增大,航空运输因其便捷、快速的优点成为锂电池运输的重要手段,但由于锂电池自身热失控危险性及空运环境复杂性使得多次发生由锂电池引起的空难事故。针对空运锂电池热失控释放气体燃爆导致事故后果不可控国际前沿热点问题,通过自主设计并搭建的小尺度锂离子电池热失控平台对单体电池的热失控特性开展研究,
  本研究对锂离子电池的热失控阶段进行划分,利用搭建的中尺度锂离子电池热失控平台对锂离子电池堆的热失控特性进行研究,观察锂电池热失控现象,探讨不同荷电状态、锂电池数量、包装材料对锂电池热失控的影响,并研究锂离子电池热失控传播规律。在对锂电池热失控特性了解的基础上,搭建锂离子电池热解气体释放特性实验平台,确定锂离子电池在不同荷电状态、温升速率、压力环境和惰性环境下热解气体释放量,研究不同实验条件对热解气体释放量的影响规律。利用GC-MS确定不同荷电状态、压力环境及惰性环境下锂离子电池热解气体组分,并利用气相色谱仪确定在不同条件下锂离子电池热解气体各组分的含量。在掌握锂离子电池热解气体组分和各组分含量的基础上,利用混合气体爆炸极限的理论计算方法计算锂离子电池在空运条件下热失控释放的热解气体的爆炸极限,然后对锂离子电池在空运条件下的危险性进行了进一步的分析,最后提出防止锂离子电池热解气体燃爆的对策措施及建议。实验结果表明,锂离子电池的火灾危险性随着荷电状态的升高而升高。当前使用的包装材料不仅不能防止火灾蔓延反而能增大火灾载荷,增加了锂电池火灾危险性。不同荷电状态、温升速率、负压环境及惰性环境对锂离子电池热解气体释放量有显著影响,热解气体释放量随着荷电状态的增加而单调递增;荷电状态一定时,热解气体释放量随着温升速率的升高而增加,当荷电状态小于40%时温升速率对其影响更为显著;热解气体释放量随着实验舱内部压力的降低而升高,随着惰性气体比例增高而降低。不同实验条件(荷电状态、负压环境、惰性环境)对锂电池热解气体各组分影响不大,对各组分含量影响较大;在空运条件下锂离子电池热解气体的爆炸极限下限为20.6%,上限为48.9%,其爆炸极限范围与一般的可燃气体相较明显较宽,极易引起严重的燃烧爆炸事故。结合实验和理论分析提出采用一氧化碳和甲烷气体作为早期火灾探测的标志量可有效提高探测效果。该研究不仅能为锂电池空运火灾探测提供理论指导,并可为锂电池航空运输安全管理提供技术支持。
[硕士论文] 王娟
安全科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国城市人口和机动车数量快速增长,很多城市道路交通出现拥堵状况。特别是对于山体城市重庆,地势起伏大,平地少、山路多,在交通枢纽地段,商业建筑用地往往会和道路改建策略发生冲突,此种情况下,设计者大胆创新提出道路下穿商业建筑的方案。本文研究的十字平交通道是主、辅通道在中间位置十字相交的一种较为少见的新型城市道路形式,通道上方是大型商业综合体建筑,两侧有商业店铺,通道内车流量和人流量十分繁杂,火灾隐患多且复杂难控制,一旦发生火灾,人员往往需借助十字平交通道进行疏散,因此需设置必要的通风排烟设施来提高其消防安全性。
  笔者通过调研,发现十字平交通道缺乏规范定性,目前类似工程案例在通风排烟设置方面没有统一的标准做法,前人研究成果也缺乏对十字平交通道内通风排烟模式的研究,需采用一定的研究方法进行论证。
  本文采用数值模拟软件FDS着手研究主通道内发生不同火灾规模火灾时,辅通道三种通风排烟模式的烟控效果,综合考虑不同火灾规模、火源位置、射流风机位置、射流形式、射流风速等的影响作用。模拟结果表明:
  (1)辅通道单侧射流、两侧同向射流和两侧相向射流作用均存在最小临界风速。火灾规模为0~30MW,最小临界风速值随火灾规模变化关系为:Y=Y0+bX,其中b的大小取决于风机射流形式。
  (2)两侧风机相向射流对应最小临界风速最大,烟层结构破坏严重,火场温降效果最差;单侧风机射流和两侧风机同向射流对应的最小临界风速值较小且差别不大,结合工程实际情况,考虑单侧风机射流模式为较合理优化的方式。
  (3)辅通道单侧风机射流所用下,主通道发生5~100MW火灾时,辅通道最小临界风速Y随火灾规模X呈指数增长关系Y=Y0+A*exp(R0*X),当火灾规模增大到90MW时,辅通道对应最小临界风速值趋于定值。针对市区道路常见火灾规模,辅通道射流风速一定时,主通道最大可控火灾规模Y与火源坐标位置X呈线性关系式Y=Y0+bX。
  本文对十字平交通道内烟气运动和机械通风排烟方面的研究成果可以为类似工程案例的通风排烟设计提供参考。
[硕士论文] 李帷
动力工程 东华大学 2017(学位年度)
摘要:在工业生产中,有很多密闭的生产设备,这些设备中可能含有易燃液体,比如在涂浆机底部就储存有甲苯、丁酮等有机溶剂。由于设备封闭,设备内部难以在发生火灾的初始阶段就探测到火源,所以针对小型密闭空间火灾,寻求更加有效的局部灭火方法已经迫在眉睫。目前,国内外主要研究的是大空间发生火灾时的数值模拟,但对于精密仪器、封闭设备等密闭小空间火灾的研究微乎其微。起火时若能将火扑灭在初始状态,则可以最大程度降低火灾带来的危害。火探管灭火系统作为消防行业的一个创新发明,在周围温度达到160℃时发生爆破并传递火灾信号、喷射灭火介质。所以本文主要研究密闭小空间设备内的火灾模拟,并将火探管灭火系统与密闭小空间火灾模拟结合在一起。在进一步了解小空间火灾特点的基础上,利用火探管做到将火灾扑灭在最初阶段。
  本研究对火探管灭火系统的工作原理、设备组成、特点等做详细介绍。并且针对不同的保护对象,采用不同的灭火方法和灭火剂。由于国内尚未有专门针对火探管的设计规范,所以参照七氟丙烷全淹没式灭火系统设计规范,设计计算火探管灭火系统灭火剂的用量。采用控制变量的方法,在可燃性液体为甲苯,绝热壁面条件下,模拟分析了不同排气量影响下设备的温度场、流场和二氧化碳浓度的变化,模拟结果表明,在一定范围内,排气量越大,燃烧反应越剧烈;在可燃性液体为甲苯,相同排气量条件下,模拟冬季和夏季不同壁温影响下设备的温度场、流场和二氧化碳浓度的变化,模拟结果表明,壁温越高,燃烧反应越剧烈;以及可燃性液体为丙酮,在相同排气量条件下,模拟冬季和夏季不同壁温影响下设备的温度场、流场和二氧化碳浓度的变化,并与相同边界条件下的甲苯溶液对照,模拟结果表明,当燃料性质更活泼时,燃烧反应越剧烈。并且对不同工况下的数值模拟结果进行对比分析,总结小空间火灾特点:密闭小空间发生火灾时,设备内各区域温度上升较快,应迅速采取灭火措施。且根据温度场等情况分析火探管灭火系统应该布置的大致位置和达到其爆破温度的时间点,以及喷射灭火剂时设备内各区域温度、流场和二氧化碳浓度的变化情况。结合模拟结果,分别对最快达到火探管爆破温度和最慢达到火探管爆破温度的模拟结果进行分析。根据实际设备和发生火灾时设备内各个部分不同时间点、不同区域位置的一维温度、二维温度等,对设备内火探管道进行布置:在密闭空间发生火灾时,应尽量将火探管灭火系统布置于火源上方。本文是对小空间火灾数值模拟和消防行业的重要补充。
[博士论文] 刘家豪
安全科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:由于环境压力对燃烧过程中的物理和化学反应有着显著的影响,低压下的火灾现象在最近引起了越来越多的关注。我国拥有四大高原,覆盖了大约1/3的国土,特别是青藏高原,其平均海拔高度超过4500 m,并且拥有数量众多的古建筑。高原上的低压环境导致了不一样的火灾特点,因此,也需要更加实用的理论支撑来发展相应的防火和灭火技术。此外,全球蓬勃发展的航空业也为识别和抑制航空运输中潜在的火灾危险性提出了新的挑战,因为货物在运输过程中通常都处于低气压环境。同时,在高高原地区(海拔大于2438 m)也相继建设了一批机场,其中我国就有超过12个高高原机场,这些场所内航空燃油的火灾危险性也需要进一步关注。明确了压力不同导致的燃烧行为的不同,将会对高原和航空环境下的防火提供有效的指导。
  在研究低压对火灾行为的影响中,最常用的两种模拟低压环境的方法就是高原实地或者是采用压力可控的低压实验舱。为了研究低压舱能否真实地模拟高原环境以及低压实验舱的应用范围,本文分别采用了这两种实验方法,开展了不同油盆尺寸的正庚烷池火,对比分析了两者在燃烧强度、火焰形态以及轴向羽流分布等参数上的区别。结果发现:仅对于直径6~12 cm的池火,低压舱实验可以较好地模拟准稳态阶段的燃烧强度;所有工况条件下,火焰形态均存在差异,低压舱实验的火焰细长度较高;在考虑压力影响的情况下,准稳态阶段的轴向温度分布与经典的火羽流理论符合较好,而对14 cm的池火,实地实验和低压舱实验的羽流温度表现出明显的差异。
  基于上述的结论,在低压舱内开展了直径6~10 cm的正庚烷池火实验,实验在四种静态压力下进行,分别为101、80、60、40 kPa。质量燃烧强度主要由对燃料的热传导、对流和辐射热反馈决定,分析表明,对流项是燃料汽化的主要热源。当油盆直径为6 cm时,建立了新的理论模型解释燃烧强度与环境压力的依赖关系。视频记录显示,火焰高度随压力下降而上升,无量纲分析结果与实验现象相符。为了进一步验证压力模型和辐射模型在低压下的适用性,在高原实地开展了一系列较大尺寸的池火实验,实验采用三种不同碳烟水平的燃料,包括乙醇、正庚烷和航煤,每组实验均记录了质量损失、辐射温度分布和辐射热流三个参数。从对实验数据的分析看出,无量纲燃烧强度(m)"μ/D与Gr数存在指数关系,且指数因子随着燃料碳烟水平的上升而上升。关系式△T~[z(P/Q)2/5]η可用于拟合轴向羽流温升,修正的分界线0.42和1.06可以很好地划分三种燃料池火的火焰区、间歇区和羽流区。此外,随着燃料发烟水平的下降,其火焰温度呈上升趋势,而辐射热流值则相应下降。不同燃料的辐射热流均正比于LmT5f,并且在低压条件下碳烟体积分数随着燃料发烟水平的下降而下降。
  为了研究火焰触及顶棚情况下不同顶棚高度对池火燃烧行为的影响,利用缩小尺寸的锥形量热仪在顶棚高度Hef/D=0.43~2.5下开展了一系列正庚烷池火实验,定量分析了燃烧强度、燃烧产物浓度及燃烧效率等典型参数。研究结果表明,随着顶棚高度的持续下降,燃烧强度首先在Hef/D=1.38上升到最大值,然后下降,呈现出抛物线变化趋势。燃烧产物CO和CO2的最大浓度表现出与燃烧强度相似的变化规律,然而CO总产生量随着顶棚高度的下降单调上升。另外,碳转化率与燃烧效率求得的结果相类似,它们均呈抛物线变化规律。除此之外,还在高原地区开展了一系列不同油盆尺寸、不同燃料的池火实验,实验在水平非受限顶棚下方开展,研究顶棚下方的最大温升,实验结果表明,高原上顶棚下方最大烟气温升比Alpert模型的预测值要高很多。考虑到环境压力和卷吸系数的影响,基于理想羽流模型,提出了预测不同环境压力下顶棚最大温升的理论模型,且在采用此模型时,可以很好地统一常压和低压下的实验结果。
[硕士论文] 周巍
安全科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:轧制加工是当今钢铁工业以及有色金属制品工业的主干工程,热轧机车间中生产工艺布局复杂,用电设备众多,大量使用可燃液体以及动力电缆,一旦发生火灾,危险性很高,造成极大的经济财产损失,生产企业常选用防火布来保护生产设备设施的消防安全。
  本文通过锥形量热仪实验和实体火灾实验研究了热轧机车间动力电缆的被动防火系统具体应用方案。
  1、锥形量热仪实验
  本文选取五种常用的防火布石棉纤维防火布、陶瓷纤维防火布、硅胶防火布、涂胶防火布、碳素纤维防火布,通过锥形量热实验研究不同辐射强度对防火布燃烧性能的影响。结果表明:所选五种样品在受热辐射作用时均可被点燃,点燃时间的均方根倒数与辐射强度之间呈现线性关系;在35 kW/m2辐射强度工况下,碳素纤维防火布的热释放速率最大,达到272.59 kW/m2,有效燃烧热的峰值也最大,达到529.52 kJ/g;综合比较各样品的燃烧性能,防火能力强弱顺序为硅胶防火布>石棉纤维防火布>陶瓷纤维防火布>碳素纤维防火布>涂胶防火布。
  2、实体火灾实验
  通过实体火灾实验分析研究了热轧机车间不同类型防火布对动力电缆包裹的具体应用方式:
  通过预实验,对比了庚烷池火和液压油池火在6mm石棉纤维防火布包裹状态,庚烷的火焰温度高于液压油火焰温度,但是防火布内层温度比较一致,实验时间5min内,对电缆的保护效果比较一致,温升情况也比较接近。6mm厚度防火布在300s内能够实现包裹和保护电缆的作用,同种包裹厚度下,三种耐高温防火布中,石棉纤维和陶瓷纤维防火布包裹性能较优,两种防水防护布材料中,硅胶防火布包裹性能较优。
  通过正式实验,五种防火布的包裹顺序为陶瓷纤维防火布>石棉纤维防火布>硅胶防火布>碳素纤维防火布>涂胶防火布。选取石棉纤维防火布和陶瓷纤维防火布与硅胶防火布组合包裹发现,外层不刷油时,硅胶防火布(内层)+陶瓷纤维(外层)包裹性能最优;外层刷油时,石棉纤维防火布(内层)+硅胶防火布(外层)包裹性能最优。
  通过本文的研究,在实际生产应用中,硅胶防火布、石棉纤维防火布、陶瓷纤维防火布的防火能力较强,在机器漏油情况少的车间,选取硅胶防火布(内层)+陶瓷纤维防火布(外层)包裹性能最优,在机器漏油较多的车间,石棉纤维防火布(内层)+硅胶防火布(外层)包裹性能最优。本文研究能够为同类型生产企业设置被动防火系统时提供指导和借鉴。
[硕士论文] 崔杰
安全科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:汽车作为代步工具慢慢进入我们的平日出行,提供便捷的同时也带来一系列安全问题。汽车油品是一类热值高、危险性强的材料,是车辆火灾主要危险源之一。汽车在运行过程中发动机舱积聚着大量热量,各类油品暴露于热辐射下,且行车过程中由于颠簸、碰撞导致的燃油泄漏、滴落而引发的火灾举不胜数。因此,研究汽车油品在外部辐射条件下的燃烧特性和火灾危险性对汽车油池火蔓延的预防和控制,降低火灾危害程度具有重要意义。
  目前国内外关于汽车油品在外部辐射条件下的研究较少,本文在对汽车油品火灾现状调研的基础上总结出油品燃烧的原因主要有两个,一个是外部火源引燃,即油品遇到电火花或其他火源引起火灾;另一个是油品自燃,即油品在车内热辐射条件下自身发生物理化学反应达到自燃点引发火灾。本文在辐射条件下对两种情况都进行了研究,所选取的油品样品均为目前市场上通用的油品,由江淮汽车提供。
  本文在锥形量热仪上对汽车上典型非动力油即变速器油(ATF和CVTF)、防冻液(JHOA)和润滑油(PAG)在不同辐射条件下的燃烧危险性进行研究,测得点燃时间、热释放速率、放热总量等一系列参数来表征其着火危险性。可以发现ATF和CVTF-EXI着火时燃烧时间较长,而JHOA和PAG着火时火势增长较快。基于实验结果,从火灾增长指数、火灾性能指数、热危险性评价等多方面分析讨论了四种油品的火灾危险性。综合考虑可得ATF危险性高于CVTF,JHOA危险性最低。同时研究了变速器油ATF和CVTF在外部辐射强度下的自燃情况,通过对点燃时间和辐射强度的拟合得到了ATF和CVTF的临界辐射强度,并同电火花点燃进行了对比,由于点燃主要为热解控制,而自燃属于热解同自身反应等共同控制的,故自燃所需临界辐射强度高于电火花点燃所需辐射强度。利用Petrella评价体系对油品自燃和点燃时的危险性进行判定,发现相同辐射强度下明火引燃时油品危险性远大于自燃危险。最后在自制测试台上分析了不同辐射强度下油池稳定燃烧阶段燃烧速率和火焰高度的变化特征,通过理论分析,得到了无量纲火焰高度同外部辐射强度成2/3的幂指数关系。根据实验数据,确定模型中所需参量,得到不同外部辐射强度下火焰高度的预测公式。
  本文的实验数据可丰富汽车可燃材料燃烧特性参数数据库,也可为汽车火蔓延的数值模拟提供基础数据。
[硕士论文] 何选泽
安全科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:高原和航天飞行器等低压环境中的火灾安全受到越来越多学者的关注,低压固体火蔓延是火灾安全中的重要基础课题,火蔓延决定了火灾初始速率和火灾规模,研究低压环境下固体火蔓延特性,对于低压环境的火灾防控有重要的指导意义。通过对研究现状进行总结,发现低压下近熄灭极限区的火蔓延研究较为缺乏,低压下火蔓延近熄灭极限区向幂指数区转捩机理更亟待进一步研究。
  本文选用热薄纸张作为研究对象,自主设计并搭建了低压实验舱和火蔓延实验系统,通过有规律的改变环境压力和氧气浓度,开展了一系列的低压水平火蔓延实验研究。通过火蔓延特征参数(火蔓延速度、火焰图像、火焰辐射和火焰温度)的实验测量,结合燃烧学和传热学对实验现象进行了深入的理论分析。
  首先实验研究了压力和氧气浓度耦合的火蔓延熄灭极限,发现极限氧气浓度下的火蔓延速度,火焰宽度和火焰厚度变化规律一致,均随着压力的升高而逐渐降低,但在30 kPa时均出现了突然增大的现象。
  其次研究了压力和氧气浓度单一变量下的火蔓延规律,发现压力25 kPa时,火蔓延速度开始线性增长,火焰图像的内部蓝色火焰逐渐变黄,火焰亮度增大,形状也由椭圆形逐渐变成三角形,火焰辐射也突然增大。
  最后结合实验结果与文献数据,研究了低压火蔓延近熄灭极限区转捩幂指数区机理,通过深入分析热边界层厚度和热反馈能量,提出25 kPa为火蔓延近熄灭极限区与幂指数区分界压力,揭示了火蔓延分区转捩机理,并建立了纸火蔓延在压力和氧气浓度耦合作用下的全局模型。
[硕士论文] 陶奇
安全科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:森林地表火蔓延是森林火灾最主要的形式。本文主要研究点火源引燃条件下坡度和燃料载荷对火蔓延过程的影响。在变坡度火蔓延实验台上,用刨花丝为燃料,分别开展变化7个坡度角和3种燃料载荷的点火源引燃火蔓延实验研究。重点分析火焰几何参数(火线夹角,火焰倾斜角,火焰长度)、火线形状、全局火蔓延速率、局部火蔓延速率以及火前锋阻滞时间的变化规律。
  上坡火线夹角、火焰倾斜角随坡度角的增大而减小,火焰长度随坡度角的增大而增大。平坡条件下,火线呈规则的圆形,阻滞时间高于上坡火前锋的阻滞时间。坡度条件下,火线形状会呈泪滴状,当坡度角低于20°时,上坡火蔓延速率随坡度角缓慢增大;当坡度角高于20°时,上坡火蔓延速率随坡度角迅速增大。上坡火蔓延表现出整体稳定和局部波动的特征。自引燃点向下、左、右的火蔓延速率随坡度角的增大震荡变化。
  上坡火焰长度随着载荷的增大而增大,引燃点位置向上、下、左、右的火蔓延速率均随载荷的增大而增大。高坡度条件下(22.5~30°)上坡火蔓延速率随着载荷增大的速率,高于低坡度条件(0~20°)。除平坡外,任意坡度下4个方向上的火前锋平均阻滞时间均随载荷的增大而增大。
  上坡火蔓延过程中,随坡度角增加,火焰长度增长且火焰倾斜角增大,火焰对燃料的辐射传热增强,引发了火蔓延速率的增大。
[博士论文] 陶骏骏
安全科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:针对树冠火发生和蔓延规律的研究是森林火灾预防和控制技术中的重要研究课题。生物防火林带作为林火防控的关键技术,针对其阻火机理的研究目前停留在树冠叶片可燃性层面,没有形成有说服力的认识并建立相应的技术理论体系。阔叶树叶在树冠中呈现显著分层特性,针对分层树叶燃料可燃性的研究不仅可以加深对树冠火蔓延规律的认识,同时也增进对生物防火林带阻火机理的科学认识,从而推动该项技术的完善与发展。
  对典型阔叶树树叶的热解特性及燃烧热值进行测试和分析,一方面可以直观呈现阔叶树叶形成明火的潜力,另一方面也为后续工作奠定数据基础。利用综合热分析仪开展热解实验,并利用单组分反应和多组分平行反应模型分别进行动力学解析。结果表明,不同种类树叶热解反应的表观活化能范围为43~80 kJ mol-1,而茎(枝)的在84~110 kJ mol-1之间。分析表明,表观活化能在很大程度上反映叶片中纤维素含量,并不表征特定组分热解反应的能垒信息。实验测得失重峰处对应转化率越低,单组分反应模型对植物热解反应过程描述的贴近程度越高。
  选取了27种不同科属的木本植物叶样,开展元素分析、工业分析及热值测试。结果表明,植物叶样的干基高位热值HHVd在17.48~24.01 MJ kg-1之间变化,平均值为21.30 MJ kg-1。其中,同种科的植物叶片热值大小一般较为接近。干基高位热值受样品自身灰分含量影响可以忽略。分析表明,叶样干基高位热值波动与其挥发分和固定碳的含量分布密切相关。叶片中挥发分和固定碳间含量比值随着样品中氧碳摩尔比增加而增大,并且固定碳在可燃组分中的相对含量对应样品中木质素含量。样品氧碳摩尔比和氢碳摩尔比的增加意味着其木质素含量降低,使得其干基高位热值减小。植物叶片的干基高位热值可以分别由经验式HHVd=18.93VMd+36.95FCd和HHVd=0.4478Cd+1.4072Hd-0.2837Od来准确计算获得,据此还可以迅速确定样品收到基热值。
  利用锥形量热仪开展具有分层特性的树叶样品的着火实验,以模拟野外林火环境下树冠层叶片的辐射引燃过程。实验结果表明,在特定辐射热流强度下,新鲜树叶样品主要呈现两种典型着火模式:一种是在点燃初期出现短时间气相火焰厚转为阴燃;另一种是在测试过程中仅出现阴燃。随着外部辐射热流强度提高或挥发分含量增加,样品在点燃初期的着火模式会由纯阴燃向有焰燃烧转变。理论分析表明,样品表层初始挥发分含量及表层温升速率是影响样品产生挥发分质量通量水平的主要因素,进而决定样品在点燃过程中是否出现明火。
  根据树叶样品的分层特性,将样品分离成具有热薄特性的表层和热厚特性的内层,由此建立起两部分的能量守恒和质量守恒的积分模型。计算结果表明,表层在样品点燃过程中接受的辐射能量主要用于表层水分蒸发和内能增加,向内层的热量输运占份额相当小。这导致能量分配关系呈现出典型的表层效应,进而使得内层对点燃现象的影响被严重削弱。水分含量降低会削弱样品表层吸收和遮挡热量的效应,相应导致内层传热项的量阶显著增加。
  构建考虑热解反应的分层样品辐射引燃模型,并以临界挥发分质量通量为点燃判据,可以对分层燃料出现明火的临界条件作进一步分析。结果表明,树叶样品产生挥发分主要来自于表层,并且表层贡献比例会随着辐射热流强度提高而增加。树叶含水量越低,表层对样品挥发分质量通量的贡献比例相应越小,意味着树叶样品分层特性被明显削弱。分析表明,随着树叶样品含水量减少,内层产生挥发分质量通量会增加,这导致样品出现明火的临界辐射热流强度降低。
  作为比对,构建出针对连续性可燃物的点燃模型,以直观呈现致密性材料与分层燃料间点燃条件和现象的差异。计算结果表明,样品点燃过程中实际吸收净能量会因外部辐射热流强度提高或环境风速减小而相应降低,并随着样品含水量增加而增加。净吸收能量与表观能量比值Eig/Ea主要取决于外部辐射热流强度和点燃时刻表面热损速率,基本与样品种类和含水量无关。分析表明,比值Eig/Ea可以表示为表征点燃条件优劣程度的参数γig的函数。建立的认识不仅可以由表观能量以及经验式来精确计算出点燃过程中固体净吸收能量,同时也为构建基于“最小所需能量”的着火判据奠定基础。
[硕士论文] 刘义
安全科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:船舶火灾是船舶海难事故中危害性较大的一种事故,是船舶安全研究的重大课题。船舶火灾可发生在机舱、货舱、客舱和甲板等含可燃物的位置,其中机舱、货舱和客舱属于封闭腔室火灾,火灾烟气的危险性较大,疏散困难。而机舱内的可燃物的危险性远大于货舱和客舱,是船舶火灾的最常见也是研究最多的火灾模式。由于机舱火灾的复杂性和特殊性,研究者们对机舱火灾发展过程认识不足,机舱火灾烟气控制技术发展缓慢。因此对船舶机舱内火灾烟气运动和控制技术进行研究具有重要意义。
  本论文在22m(长)×12m(宽)×14m(高)的实验舱内开展了烟气自然填充实验和烟气控制实验,烟气自然填充实验研究不同火灾规模和不同火源位置的烟气运动规律,机械排烟控制实验研究了送风口位置、排烟风机启动时间以及排烟风机排烟量大小对烟气控制效果的影响。本论文测量的参数有燃料的质量损失速率、舱室内烟气温度以及舱室内烟气的沉降时间,得出以下几点结论:
  通过分析不同火灾规模、不同火源位置的对烟气沉降和舱室烟气温度的影响,发现舱室内烟气温度随着火源功率的增大而增大,烟气沉降速率随着火源功率的增大而加快,当火源功率较小时,顶棚温度较低,喷淋的喷头无法启动。当火源被移至墙边时舱室内的温度和烟气沉降的速率都降低;火源被抬升4m后,顶棚温度较高,消防喷头能启动,烟气的卷吸高度降低,烟气产生减少,烟气沉降速率变慢,烟气稳定在8m高度,火源抬升后对地面的工作人员疏散有利。实验舱室内设置有不同尺寸的填充物,发展了有填充物舱室的烟气沉降时间的预测模型,与前人推导的烟气沉降模型对比,发现本文推导的模型能更准确的预测烟气沉降的时间。
  通过分析送风口位置、风机启动时间和排烟量对烟气控制的影响,发现送风口在1.5m高度时烟气控制效果较差,送风促进燃料燃烧,加速烟气的沉降;送风口在5m高度时,火焰发生倾斜,送风对燃烧有冷却作用,控烟效果较好;送风口在9.5m高度时,对烟气层有冷却效果。对比点火后立即开启风机和点火90s之后开启风机,风机立即开启,烟气沉降较慢,火灾发生后,应尽早开启风机。通过对排烟量的大小对控烟效果的分析,可知排烟效果并不是一直随着风量的增加而变好,当排烟量从34.57m3/s增至47.11m3/s,温度降低的幅度不大,部分测点温度没有变化,烟气沉降的变化也不大,最佳排烟量是34.57m3/s。
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