不同疏密度纸条燃烧特性研究

摘要

火灾是人类日常生活中及其常见而且对人身财产伤害极大的灾害之一，在不同条件下，发生火灾时的现象及内在发展规律一直是火灾科学工作者的研究重心。热释放速率是量化表达火灾规模大小的一个重要的特征参数，而对热释放速率的预测在消防设计中有着广泛的应用。内在和外在条件的改变都会对火灾发生时的现象及特征参数产生影响，本文研究了固体可燃物变疏密度情况下对火灾发展的影响。
　　由于大型火灾的随机性和突发性，以及仪器本身等限制，对火灾作实际测量非常困难，目前的一个方法是通过是小尺寸样品的实验去预测全尺寸可燃物燃烧时的一些特征参数，如热释放速率，质量损失速率等。为了研究疏密度的差异对固体可燃物的影响，本文以不同尺寸规格、不同疏密度作为变量的切碎纸条作为实验对象，在改造后的小尺寸热释放速率平台上分别开展了9种不同工况的燃烧实验，每组工况重复三次。实验中直接测量了其热释放速率及质量损失速率，对燃烧过程中的现象及所得实验数据进行了对比分析，得到以下结论:1）随着纸条密度变大，其燃烧更加不充分，一方面，在火焰熄灭后，底部纸条被上层灰烬覆盖，纸条未燃尽部分显著增多;另一方面，燃烧过程中火焰高度降低，单位质量的纸条有效燃烧热值也显著降低，其燃烧效率更低，实验数据表明，密度为22.2kg/m3的有效燃烧热只有密度为7.4kg/m3的纸条燃烧效率的80％。2）随着纸条堆密度变大，其火灾发展符合的t平方火增长模型的分类也不同，从快速增长火逐渐变为慢速增长火，相同体积的纸条，如果质量增加，则燃烧时间增长，热释放速率峰值降低;相同质量的纸条，如果体积减少，则燃烧时间增长，热释放速率峰值降低。其火灾强度系数与纸条疏密度之间的关系近似α=488／ρ4。
　　本文还从几何的角度去分析热解面积，对纸条密度7.4kg/m3的工况建立了热释放预测模型，其结果与实验测得的数据吻合的很好，能在一定条件下预测火灾的发展。但是由于模型无法解决纸条在燃烧过程中倒塌等因素的影响，还只是个初步的模型，有待进一步研究工作。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究目标和内容

1．4 章节结构安排

第2章 实验与测量设备

2．1 引言

2．2 热释放速率的侧量：氧耗法原理

2．3 实验设计

2．3．1 实验平台

2．3．2 实验装置及布置

2．4 小结

第3章 不同琉密度的纸条燃烧实验结果对比分析

3．1 引言

3．2 实验的重复性

3．3 燃烧速率对比分析

3．3．1 实验数据处理

3．3．2 纸条的有效燃烧热值

3．3．3 燃烧速率与t平方火增长模型

3．4 燃烧过程中的图像分析

3．4．1 工况1的纸条燃烧特性分析(密度7．4 kg／m3)

3．4．2 工况2的纸条燃烧特性分析(密度14．8 kg／m3)

3．4．3 工况3的纸条燃烧特性分析(密度22．2 kg／m3)

3．5 本章小结

第4章 纸条燃烧数学建模

4．1 引言

4．2 模型假设与模型准备

4．3 建立模型

4．4 模型验证

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 进一步工作展望

参考文献

致谢

硕士在读期间完成的学术论文