汽車(chē)油品是一類熱值高，危險(xiǎn)性強(qiáng)的材料，是車(chē)輛火災(zāi)主要危險(xiǎn)源之一。汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)艙積聚著大量熱量，各類油品暴露于熱輻射下，且行車(chē)過(guò)程中由于顛簸、碰撞導(dǎo)致的燃油泄漏、滴落而引發(fā)的火災(zāi)舉不勝數(shù)。因此，研究汽車(chē)油品在外部輻射條件下的燃燒特性和火災(zāi)危險(xiǎn)性對(duì)汽車(chē)油池火蔓延的預(yù)防和控制，降低火災(zāi)危害程度具有重要意義。

汽車(chē)作為代步工具慢慢進(jìn)入我們的平日出行，提供便捷的同時(shí)也帶來(lái)一系列安全問(wèn)題。根據(jù)消防部門(mén)公布的數(shù)據(jù)，每年全國(guó)發(fā)生的各類火災(zāi)中，汽車(chē)火災(zāi)的發(fā)生數(shù)量、造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡均呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。汽車(chē)油品是一類熱值高，危險(xiǎn)性強(qiáng)的材料，是車(chē)輛火災(zāi)主要危險(xiǎn)源之一。

汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)氣溫可達(dá)到300～500℃，而當(dāng)燃油進(jìn)到氣缸的那一剎那，環(huán)境氣溫可以達(dá)到1500～1800℃，產(chǎn)生的熱量一部分從排氣管排出去，此時(shí)排氣管溫度約為800℃，如果油品滴落在這些高溫物體表面，也可以被引燃。常見(jiàn)的汽車(chē)火災(zāi)油品故障有排氣管高溫對(duì)燃油的熱輻射以及在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的泄露等等。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于汽車(chē)油品在外部輻射條件下的研究較少。

本文在錐形量熱儀上對(duì)防凍液(JHOA)和潤(rùn)滑油(PAG)、變速器油(CVTF和ATF)、在不同輻射條件下的燃燒危險(xiǎn)性進(jìn)行研究，測(cè)得熱釋放速率、放熱總量等一系列參數(shù)來(lái)表征其著火危險(xiǎn)性。

1、試驗(yàn)過(guò)程

本文中選用試驗(yàn)油品均為汽車(chē)上常見(jiàn)的油品，分別為手動(dòng)變速箱油(ATF)、自動(dòng)變速箱油(CVTF)、汽車(chē)防凍液(JHOA)以及汽車(chē)潤(rùn)滑油(PAG)。

研究在錐形量熱儀上開(kāi)展，該研究設(shè)備能夠重現(xiàn)真實(shí)著火情形，并具有可重復(fù)性。錐形量熱儀主要用于評(píng)估可燃固體材料，但一些材料例如聚烯烴在測(cè)試過(guò)程中會(huì)發(fā)生熔化成為液體進(jìn)行燃燒，因此該實(shí)驗(yàn)設(shè)備也能夠用來(lái)評(píng)判可燃液體物質(zhì)燃燒。研究表明油盤(pán)形狀對(duì)點(diǎn)燃時(shí)間沒(méi)有影響，在實(shí)驗(yàn)前按照標(biāo)準(zhǔn)用錫箔紙對(duì)油盤(pán)內(nèi)層進(jìn)行包裹，為了便于操作，選取方形油盤(pán)(10cm×10cm)進(jìn)行燃燒測(cè)試。

為了得到汽車(chē)上典型油品在這些高溫輻射環(huán)境下的著火危險(xiǎn)等級(jí)，我們利用錐形量熱儀開(kāi)展外部輻射下測(cè)試試驗(yàn)，選取的輻射強(qiáng)度為20kW/m2、30kW/m2、40kW/m2三種工況進(jìn)行試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)所使用油品的體積為約30ml。錐形量熱儀的輻射強(qiáng)度通過(guò)輻射流量?jī)x器校準(zhǔn)以給出設(shè)定得入射強(qiáng)度。在測(cè)試過(guò)程中我們主要搜集的參數(shù)有：點(diǎn)燃時(shí)間(TTI)、熱釋放速率(HRR)、放熱總量(THR)等。

錐形量熱儀的熱通量通過(guò)熱流計(jì)校準(zhǔn)以給出設(shè)定的入射通量，輻射強(qiáng)度穩(wěn)定后，將乘放油品的油盤(pán)放置于稱重傳感器上，撤離擋板打開(kāi)電火花同時(shí)啟動(dòng)程序開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)燃時(shí)間為實(shí)驗(yàn)樣品從放置于外部熱通量下至材料有明顯發(fā)光火焰中間的時(shí)間。

當(dāng)樣品暴露于輻射源下一段時(shí)間后，液體溫度增加，可以看到液體表面有氣體蒸發(fā)出來(lái)，樣品發(fā)生汽化，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度增加到一定程度后，在電火花的作用下，樣品首先發(fā)生閃燃，隨后熄滅，隨著熱量不斷積聚，汽化加劇，可燃?xì)怏w濃度加大，有明火出現(xiàn)，樣品被引燃。在燃燒初期火焰較小，有多個(gè)火苗，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，火焰持續(xù)蔓延燃燒加劇，火苗逐漸凝聚成一股，液體溫度不斷增加達(dá)到油品的沸點(diǎn)，樣品發(fā)生沸騰，伴隨著嘶嘶的聲音，可以觀測(cè)到有油品隨火焰從盤(pán)中沸騰溢出。

2、試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1熱釋放速率

熱釋放速率(heatreleaserate，HRR)為樣品著火標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻中產(chǎn)生的熱量，作為判斷樣品著火特征與著火危害的基本指標(biāo)，同時(shí)也控制和影響其他燃燒性能參數(shù)。通常情況下，小尺寸著火研究時(shí)熱釋放率如果呈現(xiàn)較高水平而點(diǎn)燃時(shí)間卻短，那么其著火危害等級(jí)也較高。

2.2熱釋放總量

熱釋放總量(TotalHeatRelease，THR)是熱釋放速率對(duì)時(shí)間的積分而來(lái)，在本文中選取20kW/m2來(lái)比較四種油品的耐火性能。熱釋放總量表征的為樣品自身儲(chǔ)能，同外部環(huán)境(包括輻射熱通量的大小、風(fēng)量大小等)無(wú)關(guān)，熱釋放總量曲線的梯度可呈現(xiàn)著火蔓延速率。

2.3評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

雖然點(diǎn)燃時(shí)間，熱釋放速率，和總熱釋放量等是評(píng)價(jià)材料火災(zāi)危險(xiǎn)性的重要參數(shù)，但是各參數(shù)只反映材料火災(zāi)危險(xiǎn)性的某一個(gè)方面。因此，Petrella等人提出將燃燒參數(shù)X和熱釋放總量THE組合在一起進(jìn)行評(píng)估，可以對(duì)材料熱危險(xiǎn)性有一個(gè)相對(duì)較真實(shí)的評(píng)判。Petrella提出的評(píng)判可燃材料燃燒的危險(xiǎn)等級(jí)。

3、結(jié)論

實(shí)際中汽車(chē)在使用中所儲(chǔ)存的油量為測(cè)試所用油量的3-8倍，而實(shí)際著火時(shí)火焰溫度在400-700℃，在火勢(shì)擴(kuò)散到發(fā)動(dòng)機(jī)艙后，火焰溫度可達(dá)600-1000℃，且發(fā)動(dòng)機(jī)艙在運(yùn)行過(guò)程內(nèi)處于高溫環(huán)境，即實(shí)際情況中火焰熱通量已超過(guò)測(cè)試時(shí)所加熱輻射。所以，在真實(shí)火災(zāi)中油品的放熱總量也超過(guò)了實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，極可能出現(xiàn)更高的危害程度。