RP5喷气燃料热释放速率试验

邓　琦,彭玉辉

(1.海军装备部舰船办公室，北京 100071；2.中国舰船研究设计中心，武汉 430064)



RP5喷气燃料热释放速率试验

邓琦1,彭玉辉2

(1.海军装备部舰船办公室，北京 100071；2.中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

摘要：在符合ISO 9705标准的ISO ROOM全尺寸试验装置内对RP5喷气燃料火热释放速率进行测量，在多组不同试验条件下分析RP5喷气燃料燃烧时的热释放速率等数据，发现RP5喷气燃料在不同尺寸油盘中燃烧，油盘面积越大燃烧越剧烈，油盘尺寸为0.5 m2时会发生轰燃。

关键词：RP5喷气燃料；ISO ROOM；热释放速率

RP5喷气燃料具有易挥发、燃烧速度快等危害性，严重时甚至会发生爆炸，火灾危险性极大[1-2]。目前对于油类燃烧的研究非常广泛，但是对于RP5喷气燃料燃烧的热释放速率的测量还少有相关研究。笔者采用标准的ISO ROOM全尺寸试验平台进行不同试验条件的多组试验，结合试验数据，得出RP5喷气燃料的燃烧规律。这对于RP5喷气燃料火灾热释放速率的估量、火灾规模的评估，以及更好地开展火灾扑救工作都有积极的意义。

1试验原理

热释放速率(heat release rate，HRR)是可燃物燃烧时单位时间内释放出的热量，是决定火灾发展及火灾危害的一个主要参数[3]。

试验中采用大型氧耗原理量热仪对RP5喷气燃料燃烧的热释放速率进行测量。氧耗原理热方程式如下[4-5]。

(1)

式中：El——所耗散单位体积氧气产生的热释放量，kJ/m3；

V298——体积流量，m3/s；

(2)

α——气体膨胀因子；

Ф——氧耗因子，

(3)

xO2——试验中氧分析仪测得的氧摩尔分数值；

xCO2——试验中二氧化碳分析仪测得的二氧化碳摩尔分数值。

2试验装置

试验装置的构造及基本测量过程参照试验依据《表面材料ISO9705全尺度室火试验标准，ISO-1993版》的要求。标准燃烧室为可燃物的燃烧提供一个受限空间场所，见图1。

燃烧室内部净空间尺寸：3.6 m(长)×2.4 m(宽)×2.4 m(高)。

试验空间平面面积：8.64 m2。

试验空间的容积：20.736 m3。

燃烧室2.4 m×2.4 m墙的中间位置开门，尺寸：0.8 m(宽)×2.0 m(高)。

表1　热释放速率测试油池与装液量

图1　ISO9705试验系统

在燃烧室中心位置放置电子秤，其测量范围为0～100 kg，测量精度为0.01 kg，用于测量RP5喷气燃料在燃烧过程中的质量损失。

3热释放速率试验结果与分析

对不同面积油池试验的燃烧产物进行分析,得到相应火源热释放速率结果见图2～7。

图2　试验Y0.1-00的热释放速率

图3　试验Y0.2-00的热释放速率

图4　试验Y0.5-00-I的热释放速率

图5　房间内的部分0.5 m2油池热释放速率

图6　房间内所有0.5 m2油池热释放速率

图7　房间内所有的1 m2油池热释放速率

由图2～7可知，0.1 m2油池热释放率平均值约为100 kW，燃烧时间平均值约2 700 s，0.2 m2油池热释放率平均值约为285 kW，燃烧时间平均值约2 250 s，0.5 m2油池在集烟罩下的热释放速率平均值约在0.69 MW，燃烧时间约在1 375 s，随着油池面积增大，燃烧时间逐渐缩短。

图4、5是部分0.5 m2油池在集烟罩下的热释放速率，平均值约为0.69 MW，燃烧时间约为1 375 s，由于集烟罩仪器管道内已经达到300 ℃以上，如继续工作会烧毁测量管道内更多设备，所以把油池移到房间内进行。

图5中的S3和S4是2次在ISO9705房间内的2次热释放率测量曲线。可以看出S3和S4在达到0.69 MW以后没有平衡段，继续升高，直至1.22 MW，燃烧燃烧完毕(约1 200 s)。热释放率几乎是集烟罩下的1.77倍。说明燃料在房间内墙壁辐射反馈非常严重，而且随燃烧时间加长，一直在上升，直至燃料燃尽。

图6，约1 000 s时，房间热辐射能力达到很大值，把底盘电子秤的防热保护和房间内所有电缆、阻燃帆布等物质都引燃，并在几十秒内达到轰燃状态，热释放率达到3.15 MW。说明该燃料在房间内经过十几分钟燃烧后，由于极强的热辐射能力，会在小空间环境周围产生轰燃现象。

图7，在同样环境下油池面积扩大到1 m2，燃烧时间由1 200 s减少到550 s(16 L)和720 s(25 L)，但是前者在燃完后达到2.23 MW，后者达到2.58 MW，如果再增加油量，增加燃烧时间，则达到轰燃状态。主要是由于该油料在有限空间内，由于壁面的反射，使油面接收到强大辐射并增大燃速，从而发生轰燃。

通过上述现象可知，燃料的平均消耗速率与油盘面积成正比关系，且油盘面积越大，增长速率越大，同时热释放速率峰值比例大于油盘面积比例，这是由于油盘面积的增大使燃烧面积增大，燃料之间相互的预热更加充分，油盘面积越大这种影响就越显著，这是促进燃烧的积极因素。

4结论

1)RP5喷气燃料在不同尺寸油盘中燃烧，燃料的平均消耗速率与油盘面积成正比关系，且油盘面积越大，增长速率越大，且热释放速率峰值比例大于油盘面积比例。

2)运用ISO ROOM大型实验装置开展试验，当油池面积达到0.5m2时会导致轰燃发生，这是该油料强大的辐射能力在封闭的空间中展现出的特性。

参考文献

[1] 曾勇，彭玉辉.RP5喷气燃料饱和蒸汽压的测定及关联[J].船海工程，2013，42(4)：144-145.

[2] GJB 560A-1997高闪点喷气燃料[S].北京：国防科学技术出版社，1997.

[3] 陈长坤，汪箭，廖光煊，等.受限空间火灾环境固体可燃物热释放速率模拟研究[J].燃烧科学与技术,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

中图分类号：U677.6

文献标志码：A

文章编号：1671-7953(2016)02-0113-03

第一作者简介：邓琦(1978-)，男，硕士，工程师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:电气自动化