受限空间内汽油燃烧物火灾模拟实验研究

1、 受限空间内汽油燃烧物火灾模拟实验研究甘肃建筑职业技术学院 岳亭龙 提 要建立了实际结构受限空间火灾模拟实验平台，进行多次燃烧物为汽油的火灾燃烧实验，测量受限空间内火灾火源热释放率。根据火源质量随时间变化情况及火源质量损失差值随时间变化情况，得到燃烧物为汽油的火灾火源热释放率曲线，并对结果进行分析，对今后进一步深入研究受限空间火灾机理、关键现象的实验模拟和数值计算以及地下建筑火灾消防工程性能化设计等都有一定参考价值。关键词受限空间、汽油、火灾、模拟实验、热释放率1 概论火灾防治是人类社会中的一项长期的重要任务。本文根据多数受限空间实际结构，建立了火灾模拟实验平台1，在之前进行过的燃烧物为柴油的

2、火灾燃烧实验基础上2，进行了多次燃烧物为汽油的火灾燃烧实验，测量受限空间火源热释放率，得到燃烧物为汽油的火源热释放率曲线，并对结果进行分析。2 实验介绍2.1 实验装置及附件(1) 模型实验台构造实验台主体为厚防火石膏板，此厚防火石膏板以硅、钙、镁复合胶凝材料为主，掺入部分工业废渣，通过改性及高分子聚合而成，此防火石膏板导热系数小于0.168W/(mK)，平均密度为1.2g/cm3，可以将本模型实验台视为绝热条件，近似为地下绝热边界条件。防火石膏板厚度为10mm，并由特制的钢板装置进行连接，可以进行拼装，模型实验台截面尺寸可以为0.6m0.6m、1.2m1.2m、2m2m，并且可以由单条狭长式

3、受限空间拼装成上下式、左右式等。模型实验台在长度方向的四个面都为防火石膏板，靠近火源的一端用防火石膏板密封，另一端开口，不设置任何阻碍。模型尺寸为0.6m0.6m，长度为4.8m，模型尺寸图及实体图分别见图1及图2。图1 模型实验台尺寸图图2 模型实验台实体图(2) 测量仪器说明及布置本实验用来测量燃烧物质量减少的装置为美国双杰（兄弟）有限公司所生产的专用高精度电子称重器，测重范围为05000g，精度为0.1g，分为两部分。称重传感部分放置于油盘下；另一部分为电子读数部分，放置在受限空间模型外，以便于读数。温度采集系统中的热电偶为铠装镍铬镍硅热电偶，采集卡由研华公司（Advantech Co.

4、, Ltd.）生产，型号为ADAM-4018，是一款16位8通道模拟输入模块，所有通道都提供可编程输入。(3) 燃烧物说明本文采用90#汽油作为燃烧物，90#汽油的质量热值为42900kJ/kg。而且由于纯度均较高，且燃烧充分，故可将燃烧效率因子取为0.9。2.2 实验台温度测点的布置在地下受限空间火灾过程中，烟气在不同的位置有不同的温度，为此本文选取在有代表性的截面上布置测量烟气温度的热电偶树，每个热电偶树上共有3个测点，测点之间的距离为10cm，用来分别测量不同燃烧物种类，不同燃烧物质量的各个位置的实际温度。由于在火灾过程中烟气主要集中在上部，所以本次实验将热电偶都布置在了实验台内部的上方

5、，图3为实验台沿长度（即X轴）方向主断面上的热电偶布置图。在主断面上共布置了6组热电偶树，每组3个，共18个热电偶，编号分别为1a、1b、1c、2a6a、6b、6c。其中每个热电偶树上的3个热电偶分别距受限空间底部距离为30cm、40cm、50cm。图3 受限空间火灾实验台主断面热电偶布置图2.3 实验步骤(1) 调校测量仪器。将高精度电子称重器读数归零，将温度采集系统校准。(2) 将电子称的称重部分放置于受限空间模型实验台的点火处，距封闭端40cm，为了保护称重仪器，在上面首先放置一块大于称重仪器表面积的防火石膏板，然后在防火石膏板上面放置油盘。(3) 摆放好拍摄实验过程的数码相机，并进行调

6、试。(4) 在油盘内倒入供实验用的燃烧物，并将电子称重器的读数进行记录。(5) 开始点火，并即时进行读数记录，数码拍摄装置开始工作，温度采集系统开始工作。(6) 记录实验过程所发生的任何实验现象。(7) 实验在可见的燃烧结束，停止记录称重读数，停止拍摄，停止温度采集。(8) 给实验台内部通风，使其内部温度降至室温，进行下一次实验。3 实验结果图4为火源质量随时间变化情况，图5为火源质量损失差值随时间变化情况。图4 火源质量随时间变化曲线图图5 火源质量损失差值随时间变化曲线图4 热释放率计算燃烧物质失重测量法3是一种简单而有效的测量热释放率的方法，该方法能适用各种火灾实验场合。计算公式为： 式

7、(1)式中，为热释放率，为燃烧效率因子，反映火灾不完全燃烧的程度，为可燃物的质量损耗率，为可燃物的热值（kJ/kg）。火灾中燃烧通常是不完全的，随着火灾场景的不同，燃烧效率因子一般在0.30.9范围内变化。该式右边各项难以合理确定，因为在火灾现场是不可能提供可燃物的组成及其所占比例的资料或是确定好火灾中燃烧的状况，也不能得知可燃物的燃烧充分程度，当然某些情况下在人为的进行火灾实验时是可以对可燃物进行技术上的处理，使可燃物相应的简化，如采用纯质液体作为可燃物，但若采用混合物时则难以判别各组成成分的质量损耗，难以判别不完全燃烧的程度，也就无法准确计算热释放率。在实验条件较为简陋的情况下（缺少锥形量

8、热计等实验设备）4，可考虑采用质量损失法来测定热释放率。特别值得提出的是实验燃烧物的含水率对燃烧有着较大的影响，天气状况的不同使得物质的含水率发生变化，导致不完全燃烧程度也发生变化。火灾实验是一个动态过程，其变化和状态对实验结果的影响较大，应尽可能的合理安排实验，考虑各种因素的影响，以期望得到的热释放率误差不大。根据热释放率质量损失法的计算公式，其中汽油的质量热值为42900kJ/kg，取为0.9。计算出实验热释放率曲线见图。图6 火源热释放率曲线图由数据曲线图我们可以看出，燃烧物为汽油的火源在火灾开始后便进入较快的增长，热释放率始终按较稳定的增长速率进行增长，且增长的进程比较均衡；火灾的稳定

9、期时间较短，只有10s左右，但热释放率较大，在25kW至30kW之间，比燃烧物为柴油的火源的热释放率峰值大了很多；火灾衰减期与增长期相对应，热释放率始终按相对稳定的衰减速率进行衰减，而且衰减的进程也比较均衡。5 结论由上述对燃烧物为汽油的火源热释放率曲线的分析可知，火灾的初期增长到剧烈燃烧的时间具有较大的差异性，这对存放物质为汽油的地下油库等受限空间的火灾控制和扑救方面提供了重要的参考价值。本文对受限空间火灾作了部分基础研究工作，对今后进一步进行深入系统的受限空间火灾机理、关键现象的实验模拟和数值计算以及地下建筑火灾消防工程性能化设计等都有着一定的参考价值。参考文献：1 郭春.狭长式地下受限空

10、间火灾燃烧模拟试验及大涡数值模拟研究 D,重庆：解放军后勤工程学院，20052 郭春,杨小凤,赵洋.狭长式地下受限空间火灾燃烧模拟实验研究A,西南地区暖通空调热能动力年会论文集，20053 王志刚,倪照鹏等.设计火灾时火灾热释放速率曲线的确定J,安全与环境学报，2004(4):50-54，4 钟委,霍然,史聪灵.热释放速率设定方式的几点讨论J,自然灾害学报，2004,13(2): 64-69SIMULATION EXPERIMENT RESEARCH OF THE PETROL BURNING OBJECTS IN CONFINED SPACES（YUE Ting-long）(Gansu Co

11、nstruction Vocational Technical College,Lanzhou 730050)Abstract By setting up a fire simulation experiment platform and carrying out numerous experiments on the petrol burning materials, the heat releasing rate of the fire in confined spaces has been measured. Besides, the HRR curve of the fire caus

12、ed by petrol has been obtained according to how the qualities and loss values of the burning objects change with the time and the results have also been analyzed. Therefore, this will be excellent reference for further in-depth study on fire mechanism in confined spaces, simulation experiments and numerical calcul