RP5噴氣燃料熱釋放速率試驗

鄧　琦,彭玉輝

(1.海軍裝備部艦船辦公室，北京 100071；2.中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

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RP5噴氣燃料熱釋放速率試驗

鄧琦1,彭玉輝2

(1.海軍裝備部艦船辦公室，北京 100071；2.中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

摘要：在符合ISO 9705標準的ISO ROOM全尺寸試驗裝置內對RP5噴氣燃料火熱釋放速率進行測量，在多組不同試驗條件下分析RP5噴氣燃料燃燒時的熱釋放速率等數據，發現RP5噴氣燃料在不同尺寸油盤中燃燒，油盤面積越大燃燒越劇烈，油盤尺寸為0.5 m2時會發生轟燃。

關鍵詞：RP5噴氣燃料；ISO ROOM；熱釋放速率

RP5噴氣燃料具有易揮發、燃燒速度快等危害性，嚴重時甚至會發生爆炸，火災危險性極大[1-2]。目前對于油類燃燒的研究非常廣泛，但是對于RP5噴氣燃料燃燒的熱釋放速率的測量還少有相關研究。筆者采用標準的ISO ROOM全尺寸試驗平臺進行不同試驗條件的多組試驗，結合試驗數據，得出RP5噴氣燃料的燃燒規律。這對于RP5噴氣燃料火災熱釋放速率的估量、火災規模的評估，以及更好地開展火災撲救工作都有積極的意義。

1試驗原理

熱釋放速率(heat release rate，HRR)是可燃物燃燒時單位時間內釋放出的熱量，是決定火災發展及火災危害的一個主要參數[3]。

試驗中采用大型氧耗原理量熱儀對RP5噴氣燃料燃燒的熱釋放速率進行測量。氧耗原理熱方程式如下[4-5]。

(1)

式中：El——所耗散單位體積氧氣產生的熱釋放量，kJ/m3；

V298——體積流量，m3/s；

(2)

α——氣體膨脹因子；

Ф——氧耗因子，

(3)

xO2——試驗中氧分析儀測得的氧摩爾分數值；

xCO2——試驗中二氧化碳分析儀測得的二氧化碳摩爾分數值。

2試驗裝置

試驗裝置的構造及基本測量過程參照試驗依據《表面材料ISO9705全尺度室火試驗標準，ISO-1993版》的要求。標準燃燒室為可燃物的燃燒提供一個受限空間場所，見圖1。

燃燒室內部凈空間尺寸：3.6 m(長)×2.4 m(寬)×2.4 m(高)。

試驗空間平面面積：8.64 m2。

試驗空間的容積：20.736 m3。

燃燒室2.4 m×2.4 m墻的中間位置開門，尺寸：0.8 m(寬)×2.0 m(高)。

表1　熱釋放速率測試油池與裝液量

圖1　ISO9705試驗系統

在燃燒室中心位置放置電子秤，其測量范圍為0～100 kg，測量精度為0.01 kg，用于測量RP5噴氣燃料在燃燒過程中的質量損失。

3熱釋放速率試驗結果與分析

對不同面積油池試驗的燃燒產物進行分析,得到相應火源熱釋放速率結果見圖2～7。

圖2　試驗Y0.1-00的熱釋放速率

圖3　試驗Y0.2-00的熱釋放速率

圖4　試驗Y0.5-00-I的熱釋放速率

圖5　房間內的部分0.5 m2油池熱釋放速率

圖6　房間內所有0.5 m2油池熱釋放速率

圖7　房間內所有的1 m2油池熱釋放速率

由圖2～7可知，0.1 m2油池熱釋放率平均值約為100 kW，燃燒時間平均值約2 700 s，0.2 m2油池熱釋放率平均值約為285 kW，燃燒時間平均值約2 250 s，0.5 m2油池在集煙罩下的熱釋放速率平均值約在0.69 MW，燃燒時間約在1 375 s，隨著油池面積增大，燃燒時間逐漸縮短。

圖4、5是部分0.5 m2油池在集煙罩下的熱釋放速率，平均值約為0.69 MW，燃燒時間約為1 375 s，由于集煙罩儀器管道內已經達到300 ℃以上，如繼續工作會燒毀測量管道內更多設備，所以把油池移到房間內進行。

圖5中的S3和S4是2次在ISO9705房間內的2次熱釋放率測量曲線?？梢钥闯鯯3和S4在達到0.69 MW以后沒有平衡段，繼續升高，直至1.22 MW，燃燒燃燒完畢(約1 200 s)。熱釋放率幾乎是集煙罩下的1.77倍。說明燃料在房間內墻壁輻射反饋非常嚴重，而且隨燃燒時間加長，一直在上升，直至燃料燃盡。

圖6，約1 000 s時，房間熱輻射能力達到很大值，把底盤電子秤的防熱保護和房間內所有電纜、阻燃帆布等物質都引燃，并在幾十秒內達到轟燃狀態，熱釋放率達到3.15 MW。說明該燃料在房間內經過十幾分鐘燃燒后，由于極強的熱輻射能力，會在小空間環境周圍產生轟燃現象。

圖7，在同樣環境下油池面積擴大到1 m2，燃燒時間由1 200 s減少到550 s(16 L)和720 s(25 L)，但是前者在燃完后達到2.23 MW，后者達到2.58 MW，如果再增加油量，增加燃燒時間，則達到轟燃狀態。主要是由于該油料在有限空間內，由于壁面的反射，使油面接收到強大輻射并增大燃速，從而發生轟燃。

通過上述現象可知，燃料的平均消耗速率與油盤面積成正比關系，且油盤面積越大，增長速率越大，同時熱釋放速率峰值比例大于油盤面積比例，這是由于油盤面積的增大使燃燒面積增大，燃料之間相互的預熱更加充分，油盤面積越大這種影響就越顯著，這是促進燃燒的積極因素。

4結論

1)RP5噴氣燃料在不同尺寸油盤中燃燒，燃料的平均消耗速率與油盤面積成正比關系，且油盤面積越大，增長速率越大，且熱釋放速率峰值比例大于油盤面積比例。

2)運用ISO ROOM大型實驗裝置開展試驗，當油池面積達到0.5m2時會導致轟燃發生，這是該油料強大的輻射能力在封閉的空間中展現出的特性。

參考文獻

[1] 曾勇，彭玉輝.RP5噴氣燃料飽和蒸汽壓的測定及關聯[J].船海工程，2013，42(4)：144-145.

[2] GJB 560A-1997高閃點噴氣燃料[S].北京：國防科學技術出版社，1997.

[3] 陳長坤，汪箭，廖光煊，等.受限空間火災環境固體可燃物熱釋放速率模擬研究[J].燃燒科學與技術,2002,8(2):22-125.

[4] ISO 9705, Fire tests-full scale room test for surface products[S]. International Standards Organization (ISO),Geneva, 1993.

[5] HUGGETT C.Estimation of rate of heat release by means of oxygen consumption measurements[J].Fire and Materials, 1980,4(1):61- 65.

Experimental Study on Heat Release Rate of RP5 Jet Fuel

DENG Qi1, PENG Yu-hui2

(1 Ship Office of Naval Department of PLAN, Beijing 100071, China;2 China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:The heat release rate of the RP5 jet fuel is measured by the ISO ROOM full-scale experimental device according with the ISO 9705 criteria. Through varying the experimental ambience and the corresponding data analysis, it is found out that the RP5 jet fuel would combust differently according to the acreage of the oil basin of a direct ratio; the accretion of the oil basin would bring some positive effect on the combustion. The result also shows RP5 jet fuel would lead to flashover, if the acreage of oil basin reaches 0.5 m2.

Key words:RP5 jet fuel; ISO ROOM; heat release rate

中圖分類號：U677.6

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2016)02-0113-03

第一作者簡介：鄧琦(1978-)，男，碩士，工程師E-mail:phust@163.com

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.029

修回日期：2016-01-21

研究方向:電氣自動化