油箱明火烤燃燃爆特性实验研究

发布时间：2019-11-15 09:04

【摘要】：车辆在遭遇事故或高温天气时容易起火自燃,车辆油箱可能发生爆燃,威胁人员的生命安全。为研究装有油料的油箱在明火烤燃下的燃爆特性,采用摄像机、红外热成像仪和热电偶对油箱在烤燃过程中喷射火焰的表面温度和尺寸以及油箱内部温度进行测试,以76L油箱为研究对象,对比不同密闭条件和填充情况下油箱的燃爆特性。实验结果表明:油箱在出油口关闭、未填充抑爆材料时,易发生爆炸,烤燃产生的爆燃火球表面最高温度在1 800K以上,火球体积约为油箱体积的1 600多倍;油箱内填充抑爆球可使喷射火焰的最高表面温度和尺寸显著降低;在相同条件下,油箱内柴油蒸气的平均升温速率比汽油蒸气低36.0%,最高温度低16.2%。
【图文】：

实验场,油箱,抑爆,汽油

油料：９２号汽油、－１０号军用柴油，其理化性质如表１所示。抑爆材料：中空栅格状球体［１１］（简称抑爆球），棕色，直径为３０ｍｍ，单球质量为１．６５ｇ。表１实验油料的理化性能Ｔａｂｌｅ１Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｏｉｌ油料闪点／℃沸点／℃爆炸极限／％相对密度９２号汽油－５０４０１．３～６．００．７０－１０号军用柴油６５２８２０．８７１．３实验方法图１实验场地布置示意Ｆｉｇ．１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌａｙｏｕｔ实验场地布局见图１。将盛装２５Ｌ油料和抑爆球（填充密度约６０ｋｇ／ｍ３）的油箱放置在金属支架上，油池置于支架下方，实验前在油池中添加１５Ｌ煤油作为燃料。将普通摄像机和红外热成像仪置于距油箱中心２０ｍ处。其中，红外热成像仪用于采集油箱和燃烧火焰的表面温度，采样周期为１秒每帧；热电偶用于测量油箱内部的温度常２实验结果分析与讨论２．１烤燃油箱的燃爆特性不同时刻油箱的烤燃情况如图２所示。实验１、实验３和实验４的油箱表面出现喷射火焰或火苗，实验２发生爆燃。实验结果和现象说明列于表２。表２实验现象与结果Ｔａｂｌｅ２Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｈｅｎｏｍｅｎａａｎｄｒｅｓｕｌｔｓ实验填充物出油口油箱表面喷射火焰燃烧情况抑爆球其他１汽油开多股喷射火柱，最大尺寸约２ｍ２汽油关爆燃火球，直径约１０ｍ发生爆燃，有巨大声响，油箱解体，有大面积池火３汽油、抑爆球关一股喷射火柱，最大尺寸约２ｍ约１

温度分布,喷射火焰,红外热成像,温度

外热成像图。烤燃过程中喷射火焰的表面温度、尺寸等参数列于表３，其中：ｄ、ｈ分别为喷射火焰的最大直径和高度，由ＬｅｎｓＣａｌｃｕｌａｔｏｒ程序计算得到；Ｔｍ为火焰表面最高温度；Ｔａ为表面温度最高时火焰表面的平均温度；ｔｈ为温度超过１２７３．１５Ｋ时的高温持续时间。图３温度最高时刻喷射火焰的红外热成像图Ｆｉｇ．３ＩｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｅｓｏｆｊｅｔｆｉｒｅｗｈｅｎＴｍｒｅａｃｈｅｄ表３喷射火焰尺寸和表面温度Ｔａｂｌｅ３Ｓｉｚｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｊｅｔｆｉｒｅ实验Ｔｍ／ＫＴａ／Ｋｄ／ｍｈ／ｍｔｈ／ｓ１１４２３１０２１２．２０．５５８８２１８８３１３５２８．９１０．６５３１２７８９４９０．５２．１０．０３３４１０９９８４００．５根据实验２中火球表面最高温度和尺寸，利用Ｂａｋｅｒ火球模型［１３］进行估算，得到距火球中心１和１０ｍ处产生的热剂量分别为３１４５和４７ｋＪ／ｍ２。根据热剂量毁伤准则，爆燃火球在１ｍ处产生的热剂量可以引燃木材，在１０ｍ处产生的热剂量能造成人员皮肤疼痛。实验３中火柱的最高表面温度为１２７８Ｋ，比实验２中火球最高表面温度下降３２．１％。这主要是因为油箱内充满抑爆球，抑爆球排列紧密，其蜂窝状结构存在较多的细小孔隙，油蒸气向上逸出通过孔隙时，由于传热效应和器壁效应，热交换频繁，从而损耗部分能量，油蒸气压力和蒸发速度逐渐降低，产生火柱的尺寸和表面温度相应减校２．３烤燃油箱内部的温度分布为研究明火烤燃过程中油箱内部温度随时间变化的规律

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