0 引言

在液体燃料的储存、运输过程中，油品泄漏引发的火灾爆炸事故时有发生。液体燃料一旦泄漏并经引燃，则会在重力的作用下，在地面上一边流淌一边燃烧。此类燃烧面积随时间不断变化的液体燃料流淌火灾日益受到关注。

国内外已经开展大量关于溢油泄漏、蔓延和燃烧过程的研究。近年来，Benfer[1]和Mealy等[2, 3]研究了汽油、酒精等液体燃料瞬时泄漏后的燃烧过程，测量了热释放速率，并估算了油膜厚度，分析了溢油流淌火燃烧速率和最大燃烧面积的影响因素。美国联邦航空管理局(FAA)[4, 5]针对机场燃油流淌/池火开展了全尺寸实验，对倾斜平面流淌火、引擎舱流淌燃烧及灭火过程开展了研究，但没有对流淌动力学过程进行研究。Gottuk等[6]针对舰载航空器燃油泄漏流淌火进行了实验研究，对厚度约为1 mm左右的流淌火燃烧速率进行了测定。黄郑华等[7]和王如君[8]通过试验，阐述了地面流淌火灾的特点，研究了溢油流淌火的辐射和高温对临近罐体的危害，并进行了溢油流淌火的灭火试验。蔡宾斌[9]和吕鹏等[10]开展了柴油或汽油流淌火在不同坡度情况下的燃烧试验，定性地比较火焰温度、热辐射等参数与池火特征参数的差异，但是并未给出坡度的影响规律。陈国庆[11]和郭进[12]针对舰载航空器火灾开展了航空煤油表面燃烧特性的试验，侧重于研究航空燃油油池表面火蔓延过程中，燃油表面的火焰脉动及表面流特征等。Li等[13, 14]、Zhao等[15]搭建实验流淌火平台，研究了庚烷、汽油等液体燃料在水面或水平防火玻璃表面上的流淌燃烧规律，并分析了点火延迟时间的影响。目前对流淌火的研究主要是建立在溢油流淌和池火的研究基础上，主要针对液体燃料泄漏后在水平表面充分扩展后形成的池火和流淌行为，对于变坡度条件下的溢油流淌火的燃烧速率等特征参数的研究不足。

为探索液体燃料泄漏后，在不同倾斜表面上的流淌燃烧机理，设计并搭建倾角可调式液体燃油流淌火燃烧试验平台，研究流淌槽坡度改变对液体燃料流淌火燃烧蔓延规律的影响，为液体燃料安全运输、油罐储存、输油管道泄漏爆炸防火提供一定的理论指导。

1 试验设置

1.1 试验平台

所用的液体燃油流淌火燃烧试验平台设计搭建依据文献[16]，主要由供油装置、布流槽、流淌槽、集流槽、数据采集及控制系统等部分组成。流淌火试验场景设置如图1所示，图1(a)为实验原理图，图1(b)为实验现场布置。

试验期间，液体燃料从油桶中流出，通过软管流入到布流槽中。随着布流槽中的油品不断增加，逐渐从布流槽溢出，流到流淌槽防火玻璃表面后立即点火，进行流淌燃烧试验。最后集流槽对未燃烧的油品进行回收。整个过程中，数据采集及控制系统对需要的数据进行采集和监测。在试验期间，垂直流淌方向远离试验平台约9 m的位置处放置高清数码摄像机，用于拍摄并记录燃油流淌火的试验全过程影像。燃油流淌火的燃烧面积和火焰前沿位置等参数可通过使用数字图像处理(Digital Image Processing)的手段对火焰图像进行分析，将火焰图像的形状信息转化为具体的数字坐标；再根据标杆参照物的实际位置坐标，通过插值确定该组视频图像中各像素点的空间坐标，并与之对应输出火焰顶点的高度，以及火焰前沿距离泄漏点的长度。图2是某次流淌火的火焰图像处理过程。左侧的是数码摄像机拍摄的原始图像。通过分析该帧图像中各像素点的RGB值，将符合判断依据的像素点标记为红色，不符合判断依据的像素点标记为黑色，输出的结果如右图所示。可以看出，该方法能够有效地判断出火焰的边界区域。

流淌火的燃烧面积Ap = L×D，其中，L为溢油流淌火的火焰长度。油槽宽度D = 0.8 m。

由图6可知，从0°增加到1°的过程中，相同泄漏速率的流淌火实验中火焰前沿位置所达到的最大值随着流淌火实验平台的流淌槽表面倾斜角度的增加而增大。以泄漏速率为4.39 L/min实验为例，流淌槽倾角0°时，火焰前沿位置最远端为2.58 m，而1°是增加为4.35 m，增加了69%。

  

图1 实验场景设置Fig.1 The experimental configuration

  

图2 火焰图像处理结果Fig.2 Flame image processing results of n-heptane spill fire

1.2 试验工况

当流淌油槽的倾角增大时，实验观察到平均蔓延速率ua和最大燃烧面积Ap(max)均增大。由式(1)可知，火焰达到最大燃烧面积时的燃料平均厚度hm随表面倾角的增大而减小。

去年4月，邹市明的第一场新人职业赛，就是当晚8场拳赛的压轴场。最终，他众望所归赢了比赛，“基本上没有太多能够展现自己的机会就结束了。”据新华社报道，当晚他拿到30万美元的奖金。

张志彤：2014年是全面贯彻落实党的十八届三中全会作出的战略部署的第一年，也是全面推动水利改革发展的关键一年。我们将认真贯彻落实党中央、国务院关于防汛抗旱的部署，按照水利部党组要求，切实做好防汛抗旱各项工作，全力保障人民群众生命和供水安全，尽最大努力减轻洪涝和干旱灾害损失。

在进行变坡度条件下正庚烷流淌火试验之前，首先开展了水平表面正庚烷流淌火实验作为基准算例，通过改变蠕动泵的转速，进行了0.93 L·min-1、2.05 L·min-1、4.39 L·min-1、5.39 L·min-1和6.92 L·min-1等不同泄漏速率下的试验，实时测量记录了流淌火火焰前沿所达到的最远位置、最大流淌燃烧面积、稳定流淌燃烧面积等参数[17]；在此基础上，改变流淌油槽表面的坡度为0.5°、1°和3°，开展相同泄漏速率下的实验，并实时记录相关特征参数用于后续数据分析。

2 试验结果分析及讨论

图4是泄漏速率为4.39 L/min即蠕动泵转速200 R/min情形下，流淌槽表面不同坡度的正庚烷流淌火燃烧面积随时间的变化关系。从图4中可以很明显看到，随着流淌油槽表面坡度的增加(0°增加到1°)，虽然达到最大燃烧面积所需时间几乎没有多大差别，但是最大燃烧面积从1.46 m2增加到3.34 m2，增加了129%。倾斜角度从1°增加到3°，虽然最大燃烧面积3.34 m2(1°倾角)与3.35 m2(3°倾角)几乎没有差别，但是由于流淌油槽倾斜表面的增加，流淌火蔓延燃烧达到最大燃烧面积所需的时间从92 s(1°倾角)缩减到50 s(3°倾角)，表明流淌油槽的倾斜角度对溢油流淌火的蔓延燃烧影响巨大。当流淌油槽表面倾角增加时，溢油流淌火的蔓延速率加快。在水平表面的溢油流淌火中，溢油蔓延速率主要由燃料的油膜厚度决定。对于图4中某一时刻的溢油流淌火而言，倾角较大时燃烧面积较大，由于泄漏速率一致，因此在该时刻，倾角较大的实验中的油膜厚度较小，但其蔓延速率却较倾角小的实验更大。这表明，流淌油槽表面的坡度对于溢油流淌火蔓延速率的影响远大于油膜厚度的影响。

 

表1 不同坡度连续泄漏正庚烷流淌火试验数据统计Table 1 Statistics for the continuous n-heptane spill fires with different slopes

  

坡度/°蠕动泵转速/R·min-1溢油速率/L·min-1t1/st2 /std /st3 /s火焰前沿位置/m最大燃烧面积/m2稳定燃烧面积/m2稳定燃烧速率/L·s-1·m20500.93801503754001.090.990.552.80E-0501002.05921303003251.741.461.053.25E-0502004.391001252753002.582.061.643.62E-0503006.921501752402753.342.672.155.36E-050.5500.9372802252361.100.950.602.58E-050.51002.05881221942362.221.761.003.42E-050.52004.39761062182343.452.761.604.57E-050.52505.39941122002144.213.32.154.18E-051500.9364761902001.211.180.532.92E-0511002.05801081882122.361.881.123.05E-0512004.39921021902124.353.481.903.85E-0512505.3958801902024.913.932.154.18E-053500.9342502042321.551.240.722.15E-0531002.0544661881942.351.881.053.25E-0532004.3950601841964.233.382.003.66E-0532505.3942601901984.643.712.253.99E-05

2.1 试验过程及现象

首先，MN7和MN8工作在亚阈值区，其中MN7的VDS＞4UT，MN8的VDS＜4UT。根据亚阈值区域的MOS管特性可知[15]

  

图3 泄漏速率4.39 L/min倾角1°正庚烷流淌火试验过程Fig.3 Process of n-heptane spill fire with the leaking rate of 4.39 L/min and the slope of 1°

  

图4 不同坡度连续泄漏正庚烷流淌火燃烧面积随时间变化关系Fig.4 The relationship between the burning area and time for continuous n-heptane spill fires with different slopes

2.2 燃烧面积

表1为不同坡度条件下连续泄漏正庚烷流淌火试验数据统计，包括流淌火火焰前沿所达到的实时位置、最大燃烧面积、稳定燃烧面积、稳态燃烧速率等特征参数和相应的特征时间，其中t1、t2、td、t3分别表示流淌火试验期间出现最大燃烧面积、稳定燃烧面积和关闭蠕动泵及火焰熄灭的时刻。

问卷设计完成后先进行小范围预调查并咨询预防接种人员，验证其合理性和可行性，进一步修正形成正式调查表。由2名流行病学专业的在读研究生负责问卷收集。预调查选择25名基层医务人员，3~7 d内完成重测，计算各条目计分和各维度得分分组的Kappa值在0.576~1.000，重测一致性较好。调查员统一培训，包括调查内容、方法和现场调查技术。调查完成后及时对调查表进行审核，更正空项和逻辑错误。

对于即时引燃的长时间连续泄漏，溢油流淌火蔓延燃烧达到最大燃烧面积时，燃料的平均厚度hm可近似表示为：

 

(1)

式中的ua是溢油流淌火的平均蔓延速率，右侧的分母uat1D表示溢油流淌火的最大燃烧面积，Qin-0.5Ap(max)·ω为达到最大燃烧面积时矩形槽内的燃料体积，Qint1是总的泄漏量。0.5uat1D·ω·t1是燃料的平均消耗速率。

试验选用正庚烷(n-heptane)作为液体燃料。其中：正庚烷质量分数为≥99%(杂质含量：不挥发物≤0.05%，水份≤0.05%，不饱和化合物以Br计≤0.032%)；密度683 kg/m3～685 kg/m3；沸程96.5 ℃～98.5 ℃；自燃温度223.0 ℃；爆炸极限(体积分数)1.05%～6.7%。

2.3 燃烧速率

  

图5 不同坡度连续泄漏正庚烷流淌火试验平均稳定燃烧速率与油槽坡度的关系Fig.5 The relationship between the averaged burning rates and time for continuous n-heptane spill fires with different slopes

各组溢油泄漏速率条件下，不同坡度条件下正庚烷连续泄漏流淌火的平均稳定燃烧速率与油槽倾角θ的关系如图5所示。由图5可知，当油槽倾角由0°增加到1°时，连续泄漏正庚烷流淌火各组泄漏速率下的稳定燃烧速率平均值由4.56×10-5 m/s降为3.91×10-5 m/s，下降约14%。而当倾角继续增大至θ=3°时，连续泄漏正庚烷流淌火的稳定燃烧速率平均值降低为3.74×10-5 m/s，下降约4%。可以推测，流淌油槽表面坡度越大，则稳定燃烧阶段的油膜厚度越薄，溢油流淌火的稳定燃烧速率在整体趋势上随油槽倾角的增大而减小，原因在于液体燃油在不同坡度表面流淌燃烧时，坡度越大流淌速度越快，油层运动破坏了油品表面的传热过程，同时流速导致火焰内部空气卷吸、燃烧产物及油蒸气的运动状态发生变化。

  

图6 不同坡度和泄漏速率下连续泄漏正庚烷流淌火火焰前沿位置的最大值Fig.6 The maximum of the flame front for continuous n-heptane spill fires with different slopes and leaking rates

2.4 火焰前沿位置

图6给出了不同泄漏速率和油槽坡度下的连续泄漏正庚烷流淌火火焰前沿位置的最大值，而图7给出了泄漏速率4.39 L/min不同坡度连续泄漏正庚烷流淌火火焰前沿位置随时间的变化关系。

杨译：Some learn the truth earlier than others,and some have special skills-that is all.[5]153

图3是泄漏速率为4.39 L/min流淌槽表面倾斜角度1°泄漏时间180 s的正庚烷流淌火试验过程图像。如图3所示，在泄漏刚发生后，燃烧的正庚烷在流淌槽内快速流动，约90 s时流淌火蔓延至最远约4.3 m处。该过程中火焰高度增加明显。此后，流淌火区域明显收缩减小，102 s时流淌火燃烧区域稳定，最远火焰前沿位置稳定在约2.5 m。在t = 100 s直至td = 180 s关闭蠕动泵停止供油期间，燃烧面积和火焰高度等均未发生较大变化，流淌火进入稳定燃烧阶段，但期间会有火焰的跳跃。td = 180 s时关闭蠕动泵停止供油，流淌火规模快速减弱并逐渐熄灭。但因泄漏出口处仍有少量的未燃尽正庚烷并持续燃烧直至火焰完全熄灭。

由图7并结合表1实验数据统计结果，流淌油槽表面倾角从1°增大到3°后，火焰前沿所到最远位置仅仅为4.23 m，反而小于1°倾角时所达到的最远位置4.35 m，但是火焰前沿蔓延到最远位置所用的时间50 s却是1°倾角时火焰前沿蔓延到最远位置所用时间(92 s)的54%，也就是说流淌油槽表面倾斜角度大，蔓延速率越快。

中国木材与木制品流通协会副会长兼秘书长李佳峰在致辞中表示，随着国际形势复杂多变，中美贸易纠纷不断升级，中国地板行业面临着美国木材原料供应有限，出口市场受阻，国内竞争日益激烈的局面。当前，木地板行业总体发展平稳，优质环保地板需求不断提升，品牌企业业绩增长显著，消费集中向大品牌、个性化品牌倾斜。世界木地板大会作为企业家们交流信息、碰撞观点、拓展业务的舞台，大家应畅所欲言，沟通有无，凝聚共识，以国际视野共同为世界地板产业的健康发展建言献策，提高产品质量和服务水平，打造消费者满意的国家品牌，共享中国广大消费市场，助推行业健康有序发展。

  

图7 不同坡度连续泄漏正庚烷流淌火火焰前沿位置随时间变化关系Fig.7 The relationship between the flame front and time for continuous n-heptane spill fires with different slopes

3 结论

本文搭建了坡度可调式流淌火试验平台，研究了水平无坡度(0°)、坡度角0.5°、1°和3°的情况下不同泄漏速率的连续泄漏正庚烷流淌火试验的燃烧特性规律，得到如下结论：

1)无论是水平连续泄漏正庚烷流淌火，还是有坡度的连续泄漏正庚烷流淌火，其火焰前沿位置、燃烧面积等特征参数均随泄漏速率的增加而明显增大。

2)对比水平无坡度正庚烷流淌火试验发现，流淌槽坡度对连续泄漏正庚烷流淌火影响显著，即使流淌槽坡度增加0.5°，其燃烧特性即发生明显改变，或体现在用时明显减少，或体现在特征参数的明显增加。

3)连续泄漏正庚烷流淌火的平均稳定燃烧速率随流淌槽坡度的增加反而减小。

本文初步探索了液体燃料在不同倾斜表面上的流淌燃烧特征，为油气储运安全泄漏事故应急救援提供一定的理论指导。在今后，还需考虑流淌火的渗漏(地面多孔介质情形)、并结合实际油气储运泄漏事故进行分析，切实服务于油气储运安全和民航客机燃油泄漏火灾消防救援工程。

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