【摘要】：為了研究低壓和水含量對可燃液體火災(zāi)危險(xiǎn)性的影響,本文首先建立了水含量和環(huán)境壓力影響下的閃點(diǎn)預(yù)測模型,之后基于高低溫低壓實(shí)驗(yàn)艙開展了 35kPa,45kPa,55kPa,65kPa,75kPa,85kPa,95kPa 和 1O1kPa 下的不同摩爾分?jǐn)?shù)的甲醇、乙醇和正癸烷的閃點(diǎn)測定實(shí)驗(yàn),并與預(yù)測模型進(jìn)行對比。為了進(jìn)一步加深關(guān)于水含量對可燃液體火災(zāi)危險(xiǎn)性影響規(guī)律的認(rèn)識(shí),并加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。本文以乙醇水溶液和洋河酒廠旗下的白酒作為研究對象,開展了常壓下不同乙醇體積分?jǐn)?shù)閃點(diǎn)測定和錐量燃燒測試的研究,之后結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)對火災(zāi)危險(xiǎn)等級展開討論。最后開展了常壓和低壓環(huán)境下柴油和航空煤油的揚(yáng)沸實(shí)驗(yàn)研究,以加深低壓環(huán)境下水含量導(dǎo)致的工業(yè)揚(yáng)沸災(zāi)害的理解,同時(shí)提出了預(yù)測揚(yáng)沸前兆與揚(yáng)沸的發(fā)生時(shí)間的理論模型。本文的主要研究工作及結(jié)論具體如下:(1)通過理論分析的方法建立了多個(gè)閃點(diǎn)預(yù)測模型。其中包括常壓環(huán)境下可燃液體閃點(diǎn)理論預(yù)測模型,基于標(biāo)準(zhǔn)壓力環(huán)境下沸點(diǎn)值建立的低壓下閃點(diǎn)預(yù)測模型,基于標(biāo)準(zhǔn)壓力環(huán)境下閃點(diǎn)值建立的低壓下閃點(diǎn)預(yù)測模型,不同水含量下可燃液體水溶液閃點(diǎn)預(yù)測模型以及在低氣壓條件下可燃液體水溶液不同水含量的閃點(diǎn)模型。(2)基于第三章的理論分析,開展了不同壓力,不同水含量甲醇、乙醇和正癸烷的閉口杯和開口杯閃點(diǎn)影響規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。隨著壓力的下降,對于給定摩爾分?jǐn)?shù)的甲醇、乙醇和正癸烷水溶液的閉口杯閃點(diǎn)和開口杯閃點(diǎn)均下降。而且當(dāng)大氣壓力開始降低之后,該物質(zhì)水溶液的閃點(diǎn)也開始降低,同時(shí)降低的成都也逐漸增大,其中開口杯閃點(diǎn)表現(xiàn)的更為明顯。實(shí)驗(yàn)測定的閃點(diǎn)與壓力之間的擬合結(jié)果與第三章中所建立的預(yù)測模型一致。水含量對正癸烷的閃點(diǎn)沒有任何影響,但是對于甲醇和乙醇,當(dāng)水溶液中摩爾分?jǐn)?shù)降低的同時(shí),它們的閃點(diǎn)值會(huì)升高。而且水含量與甲醇和乙醇的閃點(diǎn)之間的關(guān)系也是非線性的,分析過程中根據(jù)理論預(yù)測模型對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了擬合,驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。(3)隨著壓力的降低,甲醇、乙醇和正癸烷純物質(zhì)及其水溶液的火災(zāi)危險(xiǎn)等級均會(huì)升高。對于甲醇和乙醇水溶液,它們的摩爾分?jǐn)?shù)越高,在相同壓力下火災(zāi)危險(xiǎn)性也越高。本文提出了火災(zāi)危險(xiǎn)性臨界壓力的概念,并推導(dǎo)出了適用于可燃液體純物質(zhì)和可燃液體水溶液的臨界壓力預(yù)測公式。對海拔較高地區(qū)或高空工作條件下的可燃液體防火救援提供了指導(dǎo)。同時(shí),該臨界壓力模型可應(yīng)用于所有以閃點(diǎn)作為火災(zāi)危險(xiǎn)等級確定分類依據(jù)的規(guī)范。(4)以乙醇水溶液和洋河酒廠旗下的白酒作為研究對象,開展了錐量燃燒測試,結(jié)果表明無論是白酒還是乙醇水溶液,它們的單位面積質(zhì)量損失速率、熱釋放速率、火焰高度、燃燒效率和火災(zāi)危險(xiǎn)等級都隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大而升高,閃點(diǎn)相反。另外對于燃燒時(shí)間,最大單位熱釋放速率,單位面積總熱釋放和平均有效燃燒熱等宏觀火災(zāi)參數(shù),兩者數(shù)值具有很大的相近性。由于白酒中含有1%左右的酸類、酯類等富氧有機(jī)物,導(dǎo)致在相同的體積分?jǐn)?shù)下,白酒的閃點(diǎn)低于乙醇水溶液閃點(diǎn),白酒的火焰高度低于乙醇水溶液的火焰高度,白酒的燃燒效率高于乙醇的燃燒效率。在文中提出了適用于各國以閃點(diǎn)作為火災(zāi)危險(xiǎn)等級分類指標(biāo)的,針對白酒和乙醇水溶液的臨界體積分?jǐn)?shù)計(jì)算擬合公式。根據(jù)GB50016-2014,乙醇水溶液Ⅰ級與Ⅱ級之間的臨界體積分?jǐn)?shù)為38.9vol.%,白酒級Ⅰ與Ⅱ級之間的臨界體積分?jǐn)?shù)為34.8vol.%。(5)以柴油和航空煤油為實(shí)驗(yàn)樣品,分別在合肥和拉薩兩個(gè)不同海拔高度的城市,進(jìn)行了 15cm油盤和18cm油盤揚(yáng)沸實(shí)驗(yàn)。在標(biāo)準(zhǔn)壓力環(huán)境和低壓環(huán)境,均可以將揚(yáng)沸劃分為四個(gè)時(shí)期。除了通過火焰形態(tài)的變化分析揚(yáng)沸外,也可以通過油水交界面處氣泡的變化過程來表征揚(yáng)沸的各階段。常壓標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中,揚(yáng)沸前兆階段的臨界油水交界面處溫度為100℃,揚(yáng)沸的臨界油水交界面處溫度為120℃。在拉薩,該臨界溫度發(fā)生變化,分別降低為87.6℃和110℃。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明,沸點(diǎn)是揚(yáng)沸前兆發(fā)生的臨界溫度,隨著壓力變化而變化。對于揚(yáng)沸臨界溫度,本章基于池沸騰理論對其進(jìn)行了分析,并解釋了壓力降低后,揚(yáng)沸臨界溫度降低的原因。(6)提出了揚(yáng)沸前兆發(fā)生時(shí)間與揚(yáng)沸發(fā)生時(shí)間的預(yù)測模型,當(dāng)PL10κPα的時(shí)候,揚(yáng)沸前兆起始時(shí)間tp與環(huán)境壓力PL之間為增函數(shù)關(guān)系。當(dāng)PL10κPα的時(shí)候,揚(yáng)沸前兆起始時(shí)間tp與環(huán)境壓力PL之間為減函數(shù)關(guān)系。在相同環(huán)境壓力下,揚(yáng)沸前兆起始時(shí)間tp α 揚(yáng)沸起始時(shí)間tb α,tg與PL為負(fù)相關(guān)。
【圖文】：

演講援引一個(gè)古老的格言“Ｆｉｒｅ邋ｉｓ邋ａ邋ｇｏｏｄ邋ｓｅｒｖａｎｔ邋ｂｕｔ邋ａ邋ｂａｄ邋ｍａｓｔｅｒ”丨Ｕ。在合理使用逡逑的時(shí)候，火是服務(wù)于人類的，但一旦失控，火將成為惡魔。根據(jù)ＮＡＳＡ的Ｔｅｒｒａ逡逑號衛(wèi)星傳回的２０１６年１０月？２０１７年９月期間數(shù)據(jù)圖１．１，可以看出在地球上，逡逑火災(zāi)無時(shí)無刻不在發(fā)生［２］。逡逑遘修、z1」哪逡逑丨＿邐Ｏｃｔ．２０１６邐＂邐＼ｗ．２０１６邐ｎ邋丨丨＿「邋Ｉ）ｃｃ邋Ｊ０１６邐．２０１７逡逑ｋｒ？邋ａｔＭＢ＊邋？0００邋ｗｗ邋＜？？逡逑—Ｅｆ邋■邋ｒ：逡逑ｅｔ邋？ｃ－邋＊0邋ｘ逡逑圖１．１邋ＮＡＳＡ邋Ｔｅｒｒａ號衛(wèi)星所采集的全球火災(zāi)形勢數(shù)據(jù)口逡逑縱觀人類歷史世界級重大火災(zāi)事故，如日本江戶“振袖”大火造成城鎮(zhèn)２／３民逡逑居化為灰燼，１／３的居民，約合１０７０００人喪生［３］。英國倫敦被稱為“ＧｒｅａｔＨｒｅ”的逡逑大火造成倫敦丨３０００所民居建筑燒毀｜４］。美國Ｓａｎ邋Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ大火造成３０００人喪逡逑生，將近８０％的城區(qū)被毀，在此之前，人類現(xiàn)代歷史上從沒有一個(gè)國際化都市因逡逑一場大火而毀滅［５］。芝加哥Ｉｒｏｑｕｏｉｓ劇院火災(zāi)造成６０２人死亡中國大興安嶺逡逑火災(zāi)是建國以來最嚴(yán)重的一次特大森林火災(zāi)事故，林木被損毀達(dá)到８５３邋ｋｍ３，民逡逑居建筑被毀６１４邋ｋｍ２［７］。逡逑根據(jù)公安部消防局和其他相關(guān)部門的２００９－２０１６年度公報(bào)中全國火災(zāi)情況，逡逑統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下圖１．２所示［￣。２００９￣２０〗２年之間火災(zāi)發(fā)生數(shù)量、直接經(jīng)濟(jì)損失和逡逑死亡人數(shù)三個(gè)指標(biāo)均與２０１３－２０１６年之間存在較大的差異

ｒｉ公ｕｔ邋＾邐ｂｒｅ逡逑圖１．３各國家火災(zāi)導(dǎo)致一人死亡的時(shí)間間隔［９］逡逑全球嚴(yán)峻的火災(zāi)形勢推動(dòng)了全球各個(gè)國家對火災(zāi)科學(xué)技術(shù)的研宄投入以及逡逑消防救援組織建立和國家火災(zāi)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的制定�；馂�(zāi)科學(xué)作為一個(gè)新興的多學(xué)科逡逑交叉學(xué)科，，己經(jīng)成為全球的研宄熱點(diǎn)之一，也成為公共安全科學(xué)的重要組成部分。逡逑火的本質(zhì)實(shí)際上是燃料在大于其燃燒極限下限的氣氛下，與氧化物燃燒時(shí)發(fā)逡逑２逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ517.4

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