低压特殊环境下可燃液体闪点、沸点及其应用研究

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搭乘飞机逐渐成为现代日常生活中必不可少的出行方式,然而其安全问题却日渐凸显。根据相关数据,因航空燃油箱爆炸引发的飞机坠毁事故占近了15%的比例。另一方面,可燃液体燃料的不均匀分布及其需求的快速增长导致成品油管道的运输规模不断扩大,致使高海拔低压特殊环境下的石油管道运输问题(如从格尔木到拉萨的石油产品运输管道和大西南成品油运输管道)受到广泛关注。由此可知,高海拔低压特殊环境下的可燃液体火灾安全防范已成为当下的研究热点。因此,开展特殊环境下可燃液体火灾危险性及其控制技术的研究能够为飞机航空安全设计、高海拔地区油品管道运输及火灾安全防治提供科学依据和理论支持。闪点,是在规定的标准条件下,试验火焰导致可燃液体表面产生的挥发性蒸气着火并使火焰蔓延到可燃液体表面的最低温度,通常用作可燃液体火灾危险性的判断指标。本文为了揭示高海拔低压特殊环境下可燃液体火灾危险性的变化规律,开展了一系列不同环境压力下可燃液体闪点测量压力修正和可燃液体火灾危险性等级划分标准修正的应用。此外,本文涉及了环境压力对可燃液体扬沸发生时间的影响研究。首先,本文在拉萨(Alt.:3650 m,P:64 kPa)—当雄(Alt.:4250 m,P: 60 kPa)—那根拉(Alt.:5190 m,P:54 kPa)的路线中选取了3650 m.3950 m. 4250 m.4500 m.4750 m和5000 m六个高海拔的试点,在合肥地区选取了一个低海拔试点(Alt.:58 m,P:101 kPa),选用自行设计的便携式可燃液体闪点测量设备,进行了高海拔低压实地闪点测量的实验研究。分析实验数据,并结合Clausius.Clapeyron Equation以及相应的假设,得出了闪点的倒数与环境压力的对数成线性关系的结论。根据海拔高度与环境压力的关系式,推导出闪点倒数与海拔高度同样呈线性关系。然后,采用模拟低压实验舱开展了模拟低压条件下的可燃液体闪点测量实验,对高海拔低压实地环境下的测量实验数据进行了验证,并拓宽了压力范围。结果发现:环境压力与海拔高度对可燃液体闪点影响的理论关系式分别为:1/TF(P)∝lnP,和1/TF(H)∝H,与实地测量数据吻合较好。最后,总结了不同环境压力(海拔高度)下可燃液体开闭口杯闪点之间的规律。为了进一步揭示不同环境压力(海拔高度)对可燃液体火灾危险性的影响,同时获取与可燃液体闪点关联的物性参数,采用模拟低压实验舱开展了环境压力为35 kPa~101 kPa条件下的可燃液体沸点测量实验。结合Clausius-Clapeyron Equation和实验测量数据,基于前人研究模型发展提出了环境压力和海拔高度对可燃液体沸点影响的规律分别为:1/TB(P)∝lnP,和1/TB(P)∝H。此外结合环境压力(海拔高度)对可燃液体闪点影响的研究结论,得出了不同环境压力(海拔高度)下可燃液体开闭口杯闪点与沸点之间的规律:1/TF(P&H)-1/TB(P&H)∝k。基于环境压力(海拔高度)对可燃液体闪点影响的研究,开展了高海拔低压特殊环境下可燃液体闪点测量压力修正和火灾危险性分类标准修正研究。研究发现可燃液体闪点随环境压力下降(海拔高度升高)呈现非线性下降的变化规律,从而得出环境压力降低幅度越大(海拔高度升高幅度越大),可燃液体火灾危险性水平等级越高,而且危险性等级变化越快的结论。在本文中,提出了高海拔低压特殊环境下的可闪点测量压力修正和火灾危险性划分的修正理论。最后在合肥(Alt.:58 m,P:101kPa)—拉萨(Alt.:3650 m,P:64 kPa)—那曲(Alt.:4500 m,P:57 kPa)三个不同环境压力(海拔高度)下进行了可燃液体扬沸实地实验,基于低压特殊环境下可燃液体沸点变化规律以及环境压力对可燃液体燃烧规律的影响,分析了环境压力对可燃液体扬沸发生时间的影响规律:1/t(P)∝P2,结果表明,在研究压力范围内,环境压力的下降(海拔高度的升高)对可燃液体发生扬沸的时间会起到延迟作用,并且当压力下降到一定程度,可燃液体扬沸现象会消失。
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