声波灭火微观机理及其诱导下的热-流-声多场耦合特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51774233
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0408.安全科学与工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Environmental pollution and inducing of secondary disasters have been always challenges of the conventional fire extinguishing technologies for fires happened at special places such as petrochemical Enterprise, museum, computer laboratory, space capsule etc. Compared with conventional fire extinguishing technologies, the new proposed acoustic fire extinguishing technique has distinct advantages including extensive application, green environmental protection etc. The most important is that this technique does not induce any secondary disasters. However, the extinguishing mechanism of this technique has not been revealed. Thus, parameters for guarantee the effective and efficient fire extinguish have not been optimized. In this proposed project, high-speed camera, oscillation spectrum, PIV, and PLIF are employed to characterize the structural properties of the flame and propagation property of the acoustic wave. Further, frontal structure, vortex characteristics, and temperature field of the flame and concentration distributions of OH· and HCO· are comprehensively analyzed to reveal extinguishing mechanism of the acoustic wave. According to acoustic principles, an acoustic fire extinguishing experimental system was designed and set up. Extinguishing characteristics of the flame under acoustic wave are investigated on the basis of the self-designed system. Then, the optimal parameters and limitations of the acoustic wave for fire extinguishing are ascertained. Based on the similarity simulation experiment system of tunnel, numerical simulation is combined with the experimental tests to study coupling characteristic of thermal field, air-flow field, and sound field of the fire. The extinguishing effect of the acoustic wave under the condition of strong reflection was tested as well. Achievements of this project will provide scientific basis and theoretical guidelines for development and application of the acoustic fire extinguishing technique.
常规灭火技术在扑救石化企业、博物馆、计算机房、太空舱等特殊场所火灾的过程中,往往容易造成环境污染或带来次生损失,新近提出的声波灭火技术具有适用性强、本质绿色环保、不会诱发次生灾害等优点。针对该技术当前存在的灭火机理不清、最佳灭火参数不明等问题,本项目拟采用高速摄像机、纹影仪、PIV和PLIF等先进的实验仪器,在对火焰结构特征和声波传播特性进行测试的基础上,重点研究声波作用下火焰锋面结构、漩涡特征、温度场和自由基(OH·、HCO·等)浓度分布等火焰信息的变化规律,旨在揭示声波灭火的微观作用机理;通过自制的声波灭火实验系统,研究声波作用下火焰的熄灭特性,进而确定声波灭火的最优参数和极限参数;基于隧道相似模拟实验系统,采用数值模拟和实验测试相结合的方法研究火场热-流-声多场耦合作用规律,并对强反射条件下声波的灭火特性进行测试。项目研究成果可以为声波灭火技术的开发和应用提供科学依据和理论指导。

结项摘要

火灾每年造成大量的人员伤亡和财产损失,常规灭火技术在扑救石化企业、博物馆、计算机房、太空舱等特殊场所火灾的过程中,存在容易造成环境污染、带来次生损失、产品易过期失效等缺点。本研究提出的声波灭火技术具有适用性强、本质绿色环保、不会诱发次生灾害等优点。针对该技术当前存在的灭火机理不清、最佳灭火参数不明等问题,项目测试了火焰关键特性参数(如形态、倾角、高度、温度等)的时空演变特征,阐明了火焰锋面结构参数的周期性变化规律,揭示了火焰振荡频率与油盘直径之间的关联机制;自行研发并搭建了声波灭火试验台,采用声波探测设备测试了声波灭火系统的声压的是时域变化和空间衰减规律;建立了声波灭火的数学模型,阐明了声波灭火过程中的卡尔文-亥姆霍兹不稳定现象,揭示了声波灭火的微观作用机理,并结合数学模型和实验测试结果确定了声波灭火的最优频率和极限灭火距离等关键参数;最终通过实验测试和数值模拟揭示了声波灭火过程中的热-流-声多场耦合特征。项目研究成果能够为优化声波灭火装置、促进声波灭火系统的工业化应用奠定基础,带来潜在的经济和社会效益。

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
Study on the characteristics of coal spontaneous combustion during the development and decaying processes
煤发展和腐烂过程自燃特性研究
  • DOI:
    10.1016/j.psep.2020.02.038
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Process Safety and Environmental Protection
  • 影响因子:
    7.8
  • 作者:
    Zhang Yutao;Zhang Yuanbo;Li Yaqing;Li Qipeng;Zhang Jing;Yang Chaoping
  • 通讯作者:
    Yang Chaoping
Effects of thermal boundary conditions on spontaneous combustion of coal under temperature-programmed conditions
程序升温条件下热边界条件对煤自燃的影响
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2021.120591
  • 发表时间:
    2021-03-14
  • 期刊:
    FUEL
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Shi, Xueqiang;Zhang, Yutao;Zhang, Yuanbo
  • 通讯作者:
    Zhang, Yuanbo
Oxidation Characteristics of Functional Groups in Relation to Coal Spontaneous Combustion.
与煤自燃相关的官能团氧化特性
  • DOI:
    10.1021/acsomega.0c06322
  • 发表时间:
    2021-03-23
  • 期刊:
    ACS omega
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Zhang Y;Zhang J;Li Y;Gao S;Yang C;Shi X
  • 通讯作者:
    Shi X
锌镁铝层状双氢氧化物对煤自燃的阻化特性
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.2017.0855
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张玉涛;史学强;李亚清;文虎;黄遥;李山山;刘宇睿
  • 通讯作者:
    刘宇睿
Numerical simulation on response characteristics of coal ignition under the disturbance of fluctuating heat
脉动热扰动下煤炭着火响应特性数值模拟
  • DOI:
    10.1016/j.combustflame.2021.111870
  • 发表时间:
    2021-11-25
  • 期刊:
    COMBUSTION AND FLAME
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Shi, Xueqiang;Zhang, Yutao;Deng, Yin
  • 通讯作者:
    Deng, Yin

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其他文献

黄土渗气系数原位测试原理方法及适用性试验研究
  • DOI:
    10.13544/j.cnki.jeg.2021-0271
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    工程地质学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任宏玉;李喜安;张玉涛;李杰;薛泉
  • 通讯作者:
    薛泉
贫氧条件下煤自燃特性的热重-红外实验研究
  • DOI:
    10.13347/j.cnki.mkaq.2017.04.007
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    煤矿安全
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓军;杨俊义;张玉涛;李亚清
  • 通讯作者:
    李亚清
风量对煤低温氧化中CO产出影响的试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    煤炭科学技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓军;邓寅;张玉涛;王彩萍
  • 通讯作者:
    王彩萍
层层叠加制备三维静电纺纳米纤维结构
  • DOI:
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2016.08.027
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘俊;常梦洁;张玉涛
  • 通讯作者:
    张玉涛
煤孔隙分形特征及其随温度的变化规律
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    煤炭科学技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王德明;仲晓星;张玉涛
  • 通讯作者:
    张玉涛

其他文献

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张玉涛的其他基金

瓦斯燃烧辐射引燃煤体时空条件及其共生灾害演化机制研究
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    青年科学基金项目

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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

        graph TD
          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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