【摘要】：為了研究低壓和水含量對可燃液體火災危險性的影響,本文首先建立了水含量和環(huán)境壓力影響下的閃點預測模型,之后基于高低溫低壓實驗艙開展了 35kPa,45kPa,55kPa,65kPa,75kPa,85kPa,95kPa 和 1O1kPa 下的不同摩爾分數(shù)的甲醇、乙醇和正癸烷的閃點測定實驗,并與預測模型進行對比。為了進一步加深關于水含量對可燃液體火災危險性影響規(guī)律的認識,并加強現(xiàn)實應用意義。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數(shù)閃點測定和錐量燃燒測試的研究,之后結(jié)合國家標準對火災危險等級展開討論。最后開展了常壓和低壓環(huán)境下柴油和航空煤油的揚沸實驗研究,以加深低壓環(huán)境下水含量導致的工業(yè)揚沸災害的理解,同時提出了預測揚沸前兆與揚沸的發(fā)生時間的理論模型。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閃點預測模型。其中包括常壓環(huán)境下可燃液體閃點理論預測模型,基于標準壓力環(huán)境下沸點值建立的低壓下閃點預測模型,基于標準壓力環(huán)境下閃點值建立的低壓下閃點預測模型,不同水含量下可燃液體水溶液閃點預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影響規(guī)律的實驗研究。隨著壓力的下降,對于給定摩爾分數(shù)的甲醇、乙醇和正癸烷水溶液的閉口杯閃點和開口杯閃點均下降。而且當大氣壓力開始降低之后,該物質(zhì)水溶液的閃點也開始降低,同時降低的成都也逐漸增大,其中開口杯閃點表現(xiàn)的更為明顯。實驗測定的閃點與壓力之間的擬合結(jié)果與第三章中所建立的預測模型一致。水含量對正癸烷的閃點沒有任何影響,但是對于甲醇和乙醇,當水溶液中摩爾分數(shù)降低的同時,它們的閃點值會升高。而且水含量與甲醇和乙醇的閃點之間的關系也是非線性的,分析過程中根據(jù)理論預測模型對實驗結(jié)果進行了擬合,驗證了理論推導的正確性。(3)隨著壓力的降低,甲醇、乙醇和正癸烷純物質(zhì)及其水溶液的火災危險等級均會升高。對于甲醇和乙醇水溶液,它們的摩爾分數(shù)越高,在相同壓力下火災危險性也越高。本文提出了火災危險性臨界壓力的概念,并推導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。同時,該臨界壓力模型可應用于所有以閃點作為火災危險等級確定分類依據(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、燃燒效率和火災危險等級都隨著乙醇體積分數(shù)的增大而升高,閃點相反。另外對于燃燒時間,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、酯類等富氧有機物,導致在相同的體積分數(shù)下,白酒的閃點低于乙醇水溶液閃點,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作為火災危險等級分類指標的,針對白酒和乙醇水溶液的臨界體積分數(shù)計算擬合公式。根據(jù)GB50016-2014,乙醇水溶液Ⅰ級與Ⅱ級之間的臨界體積分數(shù)為38.9vol.%,白酒級Ⅰ與Ⅱ級之間的臨界體積分數(shù)為34.8vol.%。(5)以柴油和航空煤油為實驗樣品,分別在合肥和拉薩兩個不同海拔高度的城市,進行了 15cm油盤和18cm油盤揚沸實驗。在標準壓力環(huán)境和低壓環(huán)境,均可以將揚沸劃分為四個時期。除了通過火焰形態(tài)的變化分析揚沸外,也可以通過油水交界面處氣泡的變化過程來表征揚沸的各階段。常壓標準環(huán)境中,揚沸前兆階段的臨界油水交界面處溫度為100℃,揚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℃。實驗進一步表明,沸點是揚沸前兆發(fā)生的臨界溫度,隨著壓力變化而變化。對于揚沸臨界溫度,本章基于池沸騰理論對其進行了分析,并解釋了壓力降低后,揚沸臨界溫度降低的原因。(6)提出了揚沸前兆發(fā)生時間與揚沸發(fā)生時間的預測模型,當PL10κPα的時候,揚沸前兆起始時間tp與環(huán)境壓力PL之間為增函數(shù)關系。當PL10κPα的時候,揚沸前兆起始時間tp與環(huán)境壓力PL之間為減函數(shù)關系。在相同環(huán)境壓力下,揚沸前兆起始時間tp α 揚沸起始時間tb α,tg與PL為負相關。
【圖文】：

演講援引一個古老的格言“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候，火是服務于人類的，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，逡逑火災無時無刻不在發(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形勢數(shù)據(jù)口逡逑縱觀人類歷史世界級重大火災事故，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國際化都市因逡逑一場大火而毀滅［５］。芝加哥Ｉｒｏｑｕｏｉｓ劇院火災造成６０２人死亡中國大興安嶺逡逑火災是建國以來最嚴重的一次特大森林火災事故，林木被損毀達到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部門的２００９－２０１６年度公報中全國火災情況，逡逑統(tǒng)計結(jié)果如下圖１．２所示［￣。２００９￣２０〗２年之間火災發(fā)生數(shù)量、直接經(jīng)濟損失和逡逑死亡人數(shù)三個指標均與２０１３－２０１６年之間存在較大的差異

ｒｉ公ｕｔ邋＾邐ｂｒｅ逡逑圖１．３各國家火災導致一人死亡的時間間隔［９］逡逑全球嚴峻的火災形勢推動了全球各個國家對火災科學技術的研宄投入以及逡逑消防救援組織建立和國家火災規(guī)范標準的制定�；馂目茖W作為一個新興的多學科逡逑交叉學科，，己經(jīng)成為全球的研宄熱點之一，也成為公共安全科學的重要組成部分。逡逑火的本質(zhì)實際上是燃料在大于其燃燒極限下限的氣氛下，與氧化物燃燒時發(fā)逡逑２逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ517.4

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