表面朝向对典型固体可燃物热解着火的影响及其机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    51806106
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    谌瑞宇
  • 依托单位：
    南京理工大学
  • 学科分类：
    E0604.燃烧学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Pyrolysis and ignition of solid combustibles is an important direction of fire science research. The variation of sample orientation will change the flow of pyrolytic gases, leading to different temperature distribution and heat transfer in the solid and gases. As a result, the pyrolysis and ignition process of solid combustibles will become different. Due to lack of systematic research on the flow of pyrolytic gases and heat transfer in the solid and gases, previous opinions about the effects of sample orientation on the pyrolysis and ignition of solid combustibles are inconsistent. In addition, the evolution law and mechanism of pyrolysis and ignition characteristics against sample orientation angle have not been systematically revealed yet. Ignition model considering the effects of sample orientation has not been established yet. In the present research, wood is selected to systematically investigate the effects of sample orientation on the pyrolysis and ignition of solid combustibles. By combining experiment, numerical simulation and theoretical analysis, the following two scientific issues are solved: (1) the mechanism of effects of sample orientation on the flow of pyrolytic gases, (2) the mechanism of effects of sample orientation on the heat transfer in the solid and gases. The present research is expected to reveal the effects and mechanism of sample orientation on the pyrolysis and ignition characteristics of solid combustibles. The prediction models of characteristic ignition parameters of solid combustibles considering the effects of sample orientation will also be established. The present research will enrich and improve the pyrolysis and ignition theory of solid combustibles and provide essential data and theoretical support for the prediction of enclosure fire development and fire safety design of enclosure.
固体可燃物的热解着火是火灾科学研究中的重要方向。固体可燃物表面朝向的变化引发热解气体流动发生改变，致使固气相的温度分布及热量输运出现差异，从而影响固体可燃物的热解着火过程。由于缺乏对热解气体流动及固气相热量输运的系统研究，前人针对表面朝向对固体可燃物热解着火的影响认识并不统一，热解着火特性随表面朝向角度变化的演化规律及内在机理尚未得到系统揭示，考虑表面朝向影响的着火预测模型尚未建立。本项目选取木材为典型研究对象，系统地研究表面朝向对固体可燃物热解着火的影响。采用实验、数值模拟及理论分析相结合的方法，解决表面朝向对热解气体流动及固气相热量输运的影响机制这两个关键科学问题，揭示表面朝向对固体可燃物热解着火特性的影响规律及内在机理，建立表面朝向影响下固体可燃物着火特征参数理论预测模型。研究成果将丰富及完善固体可燃物热解着火理论，为室内火灾发展预测及室内防火安全设计提供基础数据及理论支撑。

结项摘要

针对前人关于表面朝向对固体可燃物热解着火的影响认识并不统一，考虑表面朝向影响的着火特征参数理论预测模型尚未建立这一现状，本项目首先开展了不同表面朝向角度（0°、5°、10°、15°、20°、25°、35°、45°）及不同厚度（5mm、10mm、20mm）的木材在不同热辐射通量（35 kW/m2、40 kW/m2、45 kW/m2、50 kW/m2、55 kW/m2）下的热解着火实验，分析了热解着火特性参数（着火时间、表面温度等）随表面朝向角度、厚度及热辐射通量的变化规律，得到了不同表面朝向角度、厚度及热辐射通量下木材着火时的温度。然后，本项目深入分析了不同表面朝向角度、厚度及热辐射通量下木材表面温度变化与热解着火特性参数变化的关系，并结合木材热解时逸出气体的产生情况，明晰了表面朝向对木材热解着火的影响机理。最后，运用传热传质学、热解动力学等基础理论建立了不同表面朝向角度及厚度下木材着火时间的理论预测模型。本项目取得的重要结果如下：（1）搭建了多角度可燃物辐射引燃实验台；（2）着火时间随着热辐射通量的增大而减小；（3）着火时间随表面朝向角度的增大先减小后增大，临界值在10°附近；（4）着火时间随试样厚度的增大大致呈增大趋势；（5）随着热辐射通量的增大，表面温度曲线中中间的平稳增大阶段逐渐消失，而且温度增大地越来越快；（6）樟子松受热发生分解产生的逸出气体相对含量排名为甲醛>甲醇>甲烷>二氧化碳>一氧化碳；（7）增大热源强度能够增大可燃性热解气体的浓度，从而缩短木材的着火时间；（8）除表面朝向角度为10°左右的工况，其余工况下木材均呈现出热厚型材料的特性，即着火时间的负二分之一方与热辐射通量成正比；（9）建立的木材热解行为的预测模型与实验结果吻合较好。在本项目的资助下，共发表10篇SCI论文，项目负责人入选2021年度“香江学者计划”，培养博士生2人，硕士生4人。本项目的研究成果能够丰富固体可燃物热解着火理论，为含固体可燃物燃烧的火灾预测及风险评估提供支撑。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Combustion characteristics, kinetics and thermodynamics of Pinus Sylvestris pine needle via non-isothermal thermogravimetry coupled with model-free and model-fitting methods
通过非等温热重分析结合无模型和模型拟合方法研究樟子松针叶的燃烧特性、动力学和热力学
  • DOI：
    10.1016/j.csite.2020.100756
  • 发表时间：
    2020-12-01
  • 期刊：
    CASE STUDIES IN THERMAL ENGINEERING
  • 影响因子：
    6.8
  • 作者：
    Chen, Ruiyu;Li, Quanwei;Hao, Ronglin
  • 通讯作者：
    Hao, Ronglin
Combustion Characteristics, Kinetics, and Thermodynamics of Pine Wood Through Thermogravimetric Analysis
通过热重分析研究松木的燃烧特性、动力学和热力学
  • DOI：
    10.1007/s12010-020-03480-x
  • 发表时间：
    2021-01
  • 期刊：
    Applied Biochemistry and Biotechnology
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Xu Xiaokang;Pan Renming;Chen Ruiyu
  • 通讯作者：
    Chen Ruiyu
Kinetics, Thermodynamics, and Volatile Products of Camphorwood Pyrolysis in Inert Atmosphere
惰性气氛中樟木热解的动力学、热力学和挥发产物
  • DOI：
    10.1007/s12010-020-03300-2
  • 发表时间：
    2020-03
  • 期刊：
    Applied Biochemistry and Biotechnology
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Xu Xiaokang;Pan Renming;Li Pan;Chen Ruiyu
  • 通讯作者：
    Chen Ruiyu
Thermal degradation characteristics, kinetics and thermodynamics of micron-sized PMMA in oxygenous atmosphere using thermogravimetry and deconvolution method based on Gauss function
基于高斯函数的热重分析和反卷积方法研究微米级PMMA在含氧气氛中的热降解特性、动力学和热力学
  • DOI：
    10.1016/j.jlp.2021.104488
  • 发表时间：
    2021-04-05
  • 期刊：
    JOURNAL OF LOSS PREVENTION IN THE PROCESS INDUSTRIES
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Chen, Ruiyu;Pan, Renming;Li, Quanwei
  • 通讯作者：
    Li, Quanwei
Pyrolysis kinetics and reaction mechanism of representative non-charring polymer waste with micron particle size
微米级代表性非炭化聚合物废弃物的热解动力学及反应机理
  • DOI：
    10.1016/j.enconman.2019.111923
  • 发表时间：
    2019-10-15
  • 期刊：
    ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT
  • 影响因子：
    10.4
  • 作者：
    Chen, Ruiyu;Li, Quanwei;Zhang, Dongdong
  • 通讯作者：
    Zhang, Dongdong

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其他文献

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浸润可燃液体的固体可燃物热解着火及燃烧传热传质机制与关键特征参数预测模型
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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