錐形量熱儀檢測汽車油品燃燒特性

汽車油品是一類熱值高，危險性強的材料，是車輛火災主要危險源之一。汽車在運行過程中發動機艙積聚著大量熱量，各類油品暴露于熱輻射下，且行車過程中由于顛簸、碰撞導致的燃油泄漏、滴落而引發的火災舉不勝數。因此，研究汽車油品在外部輻射條件下的燃燒特性和火災危險性對汽車油池火蔓延的預防和控制，降低火災危害程度具有重要意義。

汽車作為代步工具慢慢進入我們的平日出行，提供便捷的同時也帶來一系列安全問題。根據消防部門公布的數據，每年全國發生的各類火災中，汽車火災的發生數量、造成的財產損失和人員傷亡均呈現逐年遞增的趨勢。汽車油品是一類熱值高，危險性強的材料，是車輛火災主要危險源之一。

汽車在運行過程中發動機艙內氣溫可達到300～500℃，而當燃油進到氣缸的那一剎那，環境氣溫可以達到1500～1800℃，產生的熱量一部分從排氣管排出去，此時排氣管溫度約為800℃，如果油品滴落在這些高溫物體表面，也可以被引燃。常見的汽車火災油品故障有排氣管高溫對燃油的熱輻射以及在車輛運行過程中的泄露等等。目前國內外關于汽車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防凍液(JHOA)和潤滑油(PAG)、變速器油(CVTF和ATF)、在不同輻射條件下的燃燒危險性進行研究，測得熱釋放速率、放熱總量等一系列參數來表征其著火危險性。

1、試驗過程

本文中選用試驗油品均為汽車上常見的油品，分別為手動變速箱油(ATF)、自動變速箱油(CVTF)、汽車防凍液(JHOA)以及汽車潤滑油(PAG)。

研究在錐形量熱儀上開展，該研究設備能夠重現真實著火情形，并具有可重復性。錐形量熱儀主要用于評估可燃固體材料，但一些材料例如聚烯烴在測試過程中會發生熔化成為液體進行燃燒，因此該實驗設備也能夠用來評判可燃液體物質燃燒。研究表明油盤形狀對點燃時間沒有影響，在實驗前按照標準用錫箔紙對油盤內層進行包裹，為了便于操作，選取方形油盤(10cm×10cm)進行燃燒測試。

為了得到汽車上典型油品在這些高溫輻射環境下的著火危險等級，我們利用錐形量熱儀開展外部輻射下測試試驗，選取的輻射強度為20kW/m2、30kW/m2、40kW/m2三種工況進行試驗研究。實驗所使用油品的體積為約30ml。錐形量熱儀的輻射強度通過輻射流量儀器校準以給出設定得入射強度。在測試過程中我們主要搜集的參數有：點燃時間(TTI)、熱釋放速率(HRR)、放熱總量(THR)等。

錐形量熱儀的熱通量通過熱流計校準以給出設定的入射通量，輻射強度穩定后，將乘放油品的油盤放置于稱重傳感器上，撤離擋板打開電火花同時啟動程序開始實驗。點燃時間為實驗樣品從放置于外部熱通量下至材料有明顯發光火焰中間的時間。

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

2、試驗結果與分析

2.1熱釋放速率

熱釋放速率(heatreleaserate，HRR)為樣品著火標準時刻中產生的熱量，作為判斷樣品著火特征與著火危害的基本指標，同時也控制和影響其他燃燒性能參數。通常情況下，小尺寸著火研究時熱釋放率如果呈現較高水平而點燃時間卻短，那么其著火危害等級也較高。

2.2熱釋放總量

熱釋放總量(TotalHeatRelease，THR)是熱釋放速率對時間的積分而來，在本文中選取20kW/m2來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能，同外部環境(包括輻射熱通量的大小、風量大小等)無關，熱釋放總量曲線的梯度可呈現著火蔓延速率。

2.3評價標準

雖然點燃時間，熱釋放速率，和總熱釋放量等是評價材料火災危險性的重要參數，但是各參數只反映材料火災危險性的某一個方面。因此，Petrella等人提出將燃燒參數X和熱釋放總量THE組合在一起進行評估，可以對材料熱危險性有一個相對較真實的評判。Petrella提出的評判可燃材料燃燒的危險等級。

3、結論

實際中汽車在使用中所儲存的油量為測試所用油量的3-8倍，而實際著火時火焰溫度在400-700℃，在火勢擴散到發動機艙后，火焰溫度可達600-1000℃，且發動機艙在運行過程內處于高溫環境，即實際情況中火焰熱通量已超過測試時所加熱輻射。所以，在真實火災中油品的放熱總量也超過了實驗測量值，極可能出現更高的危害程度。