0 引言

油轮如果发生意外导致大量燃料泄漏，就会对海洋造成严重污染。科研人员开发了多种方案用以消除此类原油泄漏事故的影响，其中从经济和效率的角度，燃烧法(in-situ burning)有着无需复杂装置、处理费用低等优点[1]，其作用经过实际验证，效果良好[2]。除此以外，当油罐泄漏火灾发生时，由于油品成分导致的水层沉降或错误地用水扑救火灾，以及雨雪天气等原因，都可能会导致薄油层在水层之上燃烧的情形。因为水层的存在，这类液体燃料薄层浮于垫水层之上燃烧的情形同一般的无垫水层油池火燃烧相比，存在着重大的潜在危险，因为可能会导致一种特殊的剧烈燃烧现象-薄层扬沸现象(thin-layer boilover)。

薄层扬沸现象[3]是指：含有垫水层的薄油层发生火灾后，经过长时间的准稳态燃烧，形成了某种特殊的临界燃烧条件，使得油品的燃烧特性发生突变，大量油品溢出或者溅出容器外燃烧，呈现出一种极为剧烈的灾害性燃烧现象。这种现象不仅会危及受灾人员的生命安全，而且有可能导致火灾进一步蔓延。因此，了解薄层扬沸火灾的发生规律和特点，研究其发生机理条件，具有重要的经济和社会意义。

首先，薄层扬沸现象是扬沸现象的一种。扬沸现象可以分成两大类，热区扬沸(hot-zone boilover)和薄层扬沸。热区扬沸在燃烧过程中会形成温度和性质均一的热区，前人关于热区扬沸已经做了大量研究[4]。与之相对的，关于薄层扬沸的研究较新较少。对于薄层扬沸的形成机理的认识，是一个逐步明晰的过程。扬沸现象研究前期，研究人员认为热区扬沸和薄层扬沸之间没有明确的界限[5-7]，两种形式的扬沸区别仅为油层厚度，例如Koseki等[8]研究油层厚度对扬沸现象燃烧特性的影响，其选用的油层厚度为2.0 cm～10.0 cm，并且认为热区厚度超过0.5 cm是扬沸发生的最低极限。尽管其试验中没有使用薄层扬沸这个名词，但是考虑到工况中的燃料厚度，其实验工况应该被划分为薄层扬沸。但是，随着关于薄层扬沸研究的深入，发现这两种扬沸的区别并不只限于油层厚度。Garo等[9]监测了油层不同位点的温度变化，发现薄层扬沸油层当中的温度持续变化，没有温度均一的热区产生，说明薄层扬沸不会产生热区。Ferrero 等[5,7,10,11]对薄层扬沸现象做了较深的研究后指出薄层燃料消耗速率超过了热波扩散速率，所以不会形成热区；并且提出了一种包含有对流项和辐射吸收项的传热薄层扬沸模型；同时，其实验尺度跨度较大，分析了油盆尺寸、油层厚度等参数对薄层扬沸特征参数，如扬沸发生时，剩余油品比例、扬沸强度、首次扬沸时间等的影响，并且提出了一种新的热波速度和油盆尺寸的关系式；除此以外，还分析了薄层扬沸现象对火焰形态的影响。Koseki 等[6]认为薄层扬沸的强度同热区扬沸相比较小。Laboureur 等[12]指出，两种扬沸的区别是薄层扬沸现象不会形成热区，并且利用高速摄影技术拍摄了持续时间短暂的扬沸现象发生过程，除此以外，还较为详实的记录了扬沸过程中火焰体积膨大的过程，并基于火焰体积增长程度计算了另一种形式的扬沸强度。

肿瘤标志物是肿瘤细胞异常表达所产生的蛋白抗原或生物活性物质，它可以在肿瘤患者的血液、组织、体液或排泄物中检测出来，有助于肿瘤的诊断、鉴别诊断及诊疗监测[3]。卵巢癌是目前危害妇女健康的常见肿瘤之一，CA125是目前研究最广泛的卵巢癌血清标志物，在早期筛查、诊断、疗效监测及预后方面的研究均有报道[4]。

前人研究中，重点关注的是油层厚度对薄层扬沸现象的影响，并且认为水层厚度不会对薄层扬沸现象造成影响[13,14]，然而本研究通过预试验，能够观察到当油层和水层厚度都很薄时，改变水层厚度会对薄层扬沸现象燃烧特性造成影响。薄层扬沸现象是一个极为复杂的燃烧过程，涉及到多个领域，如燃烧、传热、流体流动和气泡动力学等。目前，研究人员对于扬沸现象的认识仍处于初级阶段，现有研究偏向于实验规律本身的描述，规律背后的机理尚不明确。本实验工况中油层厚度为1.0 cm，薄层扬沸和热区扬沸工况上的区别为油层厚度，但两者之间具体的油层厚度区别没有明确定论，本实验中油层厚度同之前研究人员的薄层扬沸现象工况在同一数量级，该值远小于热区扬沸油层厚度；水层厚度选取了同油层厚度一个数量级的三种厚度：1.0 cm，1.5 cm和2.0 cm，水层厚度和油层厚度同油盆尺寸相比很小，所以本实验中工况属于典型的薄层扬沸，以下的薄层扬沸现象将统称为扬沸现象。

1 实验装置及测量方法

实验装置结构图如图 1所示。

扬沸现象的另外一种趋势为持续型，具体表现为扬沸过程是一个持续阶段，一次扬沸现象结束之后紧接着另外一次扬沸现象就发生。过程根据垫水层薄层油池火的相关参数不同，持续的时间也不同，一段时间之后，扬沸现象开始衰减，直至消失，油层持续燃烧，直到火焰消失。如图4，为一组典型持续型工况，工况1-12的示意图，可以看到，一次扬沸现象发生之后，3 s之内又发生第二次扬沸现象，扬沸现象发生得非常密集。

  

图1 扬沸现象燃烧特性测量装置Fig.1 Experimental apparatus for measuring combustion characteristics of boilover

Babrauskas 等[15]根据不同尺度油池火的燃烧特性特点将其划分为以下4种，如表1所示。为了选取有代表性的油盆尺寸进行扬沸实验，研究油盆尺寸对扬沸现象燃烧特性的影响，本实验选取了如下四种尺寸：15.0 cm，18.0 cm，30.0 cm和40.0 cm。其中前两种尺寸的火焰热反馈以对流主导，受对流控制；后两种尺寸的火焰热反馈以辐射主导，受辐射控制。

 

表1 火焰热反馈特性与油盆尺寸的关系Table 1 The relationship between heat feedback characteristics and container diameter

  

油盆直径(m)油品燃烧方式<0.05对流,层流火焰0.05～0.2对流,湍流火焰0.2～1.0辐射,光学薄近似,湍流>1.0辐射,光学厚近似,湍流

上述描述的是扬沸趋势的两种极端情形，扬沸现象还存在有介于这两种行为之间的中间态行为，也即是说，每次扬沸爆炸之间的间隔很短，表现为不连续的，但是有一定频率的扬沸发生过程。本节下面就外界参数如何影响扬沸阶段向这两种趋势发展的规律进行探究。

萧琼驭马驰骋，快如风驰电掣。一里地远，一个苍劲的身影比马更快。苍劲的身影从道旁丛林闪出，如影随形贴向驰骋的骏马。在萧琼大惊失色时那身影长臂舒展扣住了马的缰绳。

  

图2 扬沸现象燃烧特性测试装置热电偶分布图Fig.2 The positions of thermocouples of experimental apparatus for measuring combustion characteristics of boilover

能够发生扬沸的液体燃料必须满足以下条件：液体燃料具有一定的粘性和宽沸程[16]。所以本实验选用了两种高沸点，具有一定粘性的燃料，航空煤油(Jet A)和柴油(0)。

扬沸强度大小和很多因素有关，例如：扬沸发生时剩余油品的厚度，油盆直径等。本小结将就这些因素进行分别讨论。

研究人员就油盆尺寸对扬沸现象的影响进行了大量研究，认为随着油盆尺寸的增大，扬沸强度下降，扬沸持续时间增长[7,17]。如图6，从图6四种工况(Jet A, Hw:1.0 cm)可以看出，随着油盆直径D增大，从点火到首次扬沸发生的时间缩短，扬沸持续时间增加，但是对于首次扬沸喷溅出的质量来说，变化没有规律，这是因为油盆直径越大，显然会喷溅出更多的质量，想要定义不同油盆直径下扬沸剧烈程度，必须要用到下文引入的扬沸强度的概念。

2 实验结果和讨论

2.1 燃烧特性趋势讨论

通过观察大量不同尺寸、不同垫水层厚度和不同油品的实验现象，发现垫水层薄层扬沸现象有两种趋势。第一种，扬沸过程为突变型，具体表现为扬沸阶段持续时间非常短，整个扬沸过程中只发生一次扬沸现象，扬沸阶段结束后，垫水层油池火燃烧进入衰减期，一段时间之后，整个垫水层油池火燃烧过程结束。如图3，为一组典型突变型工况，工况1-1的示意图，可以看到，有且仅有一次扬沸现象。

  

图3 典型突变型工况示意图Fig.3 Typical abrupt type configuration

作者简介：莫言，原名管谟业，1955年出生于山东高密，中国作家协会副主席。曾获茅盾文学奖、诺贝尔文学奖，亦是第一个获得诺贝尔文学奖的中国籍作家。主要作品有《春夜雨霏霏》《透明的红萝卜》《红高粱家族》《蛙》，等等。莫言因一系列乡土作品充满“怀乡”“怨乡”的复杂情感，被称为“寻根文学”作家。

 

表2 扬沸现象燃烧特性测量实验工况Table 2 Different configurations of this experiment

  

工况油盆尺寸/cm水层厚度/cm燃料种类工况1工况1-1151.0Jet A工况1-2181.0Jet A工况1-3301.0Jet A工况1-4401.0Jet A工况1-5151.5Jet A工况1-6181.5Jet A工况1-7301.5Jet A工况1-8401.5Jet A工况1-9152.0Jet A工况1-10182.0Jet A工况1-11302.0Jet A工况1-12402.0Jet A工况2工况2-1151.0Diesel工况2-2181.0Diesel工况2-3301.0Diesel工况2-4401.0Diesel工况2-5151.5Diesel工况2-6181.5Diesel工况2-7301.5Diesel工况2-8401.5Diesel工况2-9152.0Diesel工况2-10182.0Diesel工况2-11302.0Diesel工况2-12402.0Diesel

  

图4 典型持续型工况示意图Fig.4 Typical continuous type configuration

测量系统简介如下：油盆放在隔热板之上，然后一起置于电子天平上测量质量变化，通过电脑实时对重量进行记录，电子天平精度为0.1 g；噪声测定仪放置于水平距油盆中心轴60.0 cm、高度距油盆底部10.0 cm处，用来测量噪声强度以判断扬沸前兆阶段开始时间、扬沸阶段开始时间和定性测量扬沸强度，其量程为0 dB ～130 dB，测量精度为0.1 dB；通过放置于水平距油盆中心轴和高度距油盆底部分别为60.0 cm和30.0 cm的热辐射通量测定仪，测量火焰对周围环境的辐射热通量，其量程和测量精度分别为0 kW/m2～1 000 kW/m2和0.1 kW/m2；摄像仪放置在离油盆中心轴水平距离为120 cm处，用来实时记录火焰以及扬沸发生的图像；温度测量通过在油池模型的中心轴线上安置的热电偶树进行，热电偶为1 mm的K型热电偶，主要测量了燃烧时水层、燃料层、燃料层与水层交界面，以及火焰中的温度，具体的热电偶分布如图2，为了获得尽可能精确的水油交界面温度，本实验在水油交界面处重点布置了三根热电偶，最终测得的水油交界面温度值取三根热电偶的平均值，并且每次实验开始前，重新校正水油交界面处热电偶的位置，以保证获得准确的水油交界面温度值。

首先从质量角度分析水层厚度和油盆尺寸对扬沸阶段扬沸现象的持续性进行探讨。燃烧速率(burning rate)是指单位时间单位面积的质量损失。如图5，下述三种工况除了水层厚度Hw，其余条件均相同(Jet A, D: 15 cm)。从图5中可以明显的看出，随着Hw的上升，首次扬沸的剧烈程度下降，但是扬沸阶段持续时间增长，并且扬沸的次数增加，扬沸阶段由突变型向持续性发展。柴油油品的相同工况表现出类似的特性，此处将不再过多赘述。

  

图5 水层厚度对扬沸过程持续性的影响Fig.5 The effect of the thickness of water layer on boilover period

对接国家、省知识产权维权援助中心，邀请精通知识产权专业知识及相关法律法规的专家组成知识产权维权援助专家团，在企业遇到涉外知识产权纠纷时提供法律援助。同时，组织专家团研判美国程序规则，分析中国的技术转让转移、外商投资许可等制度、政策和实践与国际规则相符相悖的情况，在中美磋商谈判中反映江苏诉求。

2.2 扬沸发生时，剩余油品比例

衡量薄层扬沸现象危险性的指标包括：首次扬沸发生时间，以及扬沸强度。首次扬沸发生时间tb是垫水层油池火火灾从着火开始至出现首次扬沸所经历的时间长度[19]。可以定性地认为，首次扬沸发生时间越短，扬沸现象越早发生，留给火场当中受灾人员、消防人员疏散的时间越短，该工况下的油品火灾越危险。

如图7，数据点是在合肥地区进行的柴油扬沸实验的所有工况，图7中的每个数据点为两组完全一样工况的平均值，下文图中的数据点也做同样处理。从图7中，可以很明显地看出，水层厚度一定时，随着油盆直径的增大，Ratio逐渐减小，也就是说此时油层厚度变薄。分析其原因，是因为随着油盆尺寸的增大，burning rate增大[18]，所以相应的Ratio减小；油盆尺寸一定时，水层厚度越厚，扬沸发生时剩余的油品比例越小，也就是说此时油层厚度越薄，分析水层厚度对Ratio影响，因为当水层变厚时，需要更多油品来加热水层达到扬沸条件，相应Ratio值减小。

  

图6 油盆直径对扬沸过程持续性的影响示意图Fig.6 The effect of the diameter of container on boilover period

  

图7 扬沸发生时剩余油品厚度和油盆直径以及水层厚度的关系Fig.7 The relation between ratio and diameter of container under different thicknesses of water layer

2.3 首次扬沸发生时间

  

图8 扬沸发生时间和油盆尺寸、垫水层厚度关系Fig.8 The relation between tb and diameter of container under different thicknesses of water layer

Garo等[14]研究指出，扬沸强度的大小和扬沸发生时剩余油品的厚度(Ratio)有关，因为此时油层越厚，热区需要更长时间才能沉降到油水交界面，此时水层有更长时间可以积累过热度，这就会导致过热水层变得更厚、扬沸程度更加剧烈。因为本实验中所涉及的所有工况的油品厚度是固定的，所以剩余油品厚度和剩余油品占总共油品质量的比例呈线性正比关系。

作边长为a的正方形ABCD，延长BC到F使BC=CF，延长DC到 E 使 DC=CE，连接 BD、BE、EF、DF如图

图8中涉及的工况使用的燃料为柴油，油盆尺寸作为单一变量时，随着油盆尺寸的上升，tb减小，也就是说扬沸现象将更早发生；水层厚度作为单一变量时，随着水层厚度的上升，tb减小，扬沸现象将更早发生，并且可以观察到，随着水层厚度上升，水层厚度对tb的影响减小。

2.4 扬沸强度变化规律探究

扬沸强度计算公式如下：

 

(1)

其中为扬沸阶段平均质量损失速率，为稳态燃烧阶段平均质量损失速率。

最终确定本实验的工况在表格2中列出。

Garo 等[20]分析了油盆尺寸对扬沸强度的影响并指出，随着油盆直径的增大，向单位面积的燃烧热反馈也随之增大，导致油层高度下降更快，过热水层厚度下降，并且油层更早地到达其沸点温度，水层更早地到达其过热成核温度，导致水油交界面过热水层厚度变薄，扬沸强度更低。如图9，图9中涉及的工况使用的燃料为航空煤油。当水层厚度一定时，扬沸强度随着油盆尺寸的增大而减小，并且减小的效应随着水层厚度的增厚而减小。水层厚度作为单一变量时，水层厚度越厚，扬沸强度越小，垫水层厚度对小尺寸油盆工况的扬沸强度指标影响更加明显。

3 结论

本文利用自行研制的小型薄层扬沸燃烧特性研究装置，在水层厚度范围1.0 cm，1.5 cm和2.0 cm，油盆尺寸范围15.0 cm，18.0 cm，30.0 cm，40.0 cm内，开展了水层厚度和油盆尺寸对薄层扬沸现象燃烧特性影响的研究，主要结论如下：

从表1可以看出,实验中对纸箱的三维测量误差在毫米量级,平均相对误差在2%以内,最大相对误差在5%以内,本文算法针对实际纸箱的测量也取得了较好的结果。

  

图9 扬沸强度和油盆尺寸、垫水层厚度关系Fig.9 The relation between boilover intensity and diameter of container under different thicknesses of water layer

(1)随着油盆尺寸增大或垫水层厚度上升，扬沸阶段燃烧特性从突变型向持续型转变；

(2)随着油盆尺寸增大或垫水层厚度上升，首次扬沸发生所需时间减少。发生扬沸现象时，油层厚度变低；扬沸强度降低；

(3)随着垫水层厚度的上升，垫水层厚度对扬沸现象燃烧特性的影响程度降低；

(4)总的来说，小尺寸油盆扬沸现象更加剧烈，大尺寸油盆扬沸现象发生更早。垫水层厚度对小尺寸的工况影响更加明显。

通过对3种吸附黄酮效果良好的树脂进行静态吸附及解吸试验，确定了吸附分离红薯叶黄酮的最优树脂为AB-8大孔吸附树脂，与任云霞等[10]、洪雪娥等[11]研究结果一致。通过正交试验得到其最佳吸附条件为：上样液浓度300 mg/L、流速2 mL/min、上样液pH 5.0，其对红薯叶总黄酮吸附率可达66.8%；最佳解吸条件为：洗脱液浓度90%、洗脱液流速4 mL/min、洗脱液用量5 BV，树脂的解吸率可达70.3%。

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