顶部开口舱室油池火动力学参数预测模型研究

发布时间：2018-01-27 12:44

本文关键词： 舱室火灾顶部水平开口气体流动温度分布当量比燃烧效率热释放速率　出处：《中国科学技术大学》2013年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：仅具有顶部开口的受限空间在船舶机舱、核设施、地下室中大量存在。由于开口位置的特殊性,顶部开口舱室火灾的发展过程具有特殊性,其中最典型的特征是舱室内部燃烧环境不稳定性和燃烧过程的不完全性。因此,研究顶部开口舱室火灾中开口流动及其对舱内火灾过程的影响机制有重大理论和应用价值。分析了顶部水平开口的气体流动形势和流率。从水平开口气体流动控制机理分析,顶部舱室火灾中,燃烧一段时间后,舱内温度基本达到稳定或准稳定状态,开口两侧的密度差在后期基本维持不变。另一方面,温升速率降低到接近于零,这使得舱内气体膨胀在水平开口位置产生的压力差急剧减小。利用经典水平开口流体流动理论分析小尺度顶部开口舱室中的庚烷池火实验,发现在小开口时,压力差减小到一定程度后,开口流动由最初的单向流转变为双向流。因此,即使在开口较小时,后期流动仍然是双向流,但是流入的空气流率很小,由于舱内热烟气的浮力作用和卷吸作用,基本不能影响舱室下部火源。在较大开口时,整个燃烧过程开口流动均为双向流。在双向流阶段,空气流入速率和烟气流出速率在后期基本稳定,并仅与开口尺寸有关。在相同尺度开口下,不同火源大小的开口气体流率差异较小。提出了烟气温度在竖直方向线性分布假设,并建立了烟气温度分布的瞬时计算模型。总结并归纳顶部开口舱室火灾烟气温度分布规律,提出了温度竖直方向上线性分布的假设,并基于该假设,从控制体能量方程出发,结合火羽流理论和顶棚射流理论,通过计算舱壁传热过程,得到燃烧过程中温度分布的变化过程。进一步地,分析了顶部开口舱室热量分配规律,引入了分阶段定常热损系数考虑热量通过舱壁、开口的损失,在燃烧前期采用较小的热损系数值(～0.7),之后较大的热损系数值(～0.95)。模型预测结果与前期小尺度顶部开口舱室庚烷池火试验中测量的温度分布形式吻合程度很好。发展了基于当量比概念的油池火燃烧效率以及燃烧热释放速率的预测模型。将燃料-氧气当量比概念应用于油池火的火焰部分,提出了“火焰当量比”概念,揭示了顶部开口舱室火灾中油池火供氧条件随时间的变化规律。利用火羽流近场卷吸模型,结合舱室下部氧气浓度数据,提出了 “火焰当量比”的计算方法。舱内烟气温度对油池火燃烧行为的作用也通过影响火羽流卷吸速率实现。运用该方法,分析比较了小尺度顶部开口舱室庚烷池火燃烧过程的通风条件变化规律及开口、火源的影响效果。建立了基于火焰当量比的油池火燃烧效率和热释放速率预测模型。利用燃烧效率与当量比的对应关系,可以由“火焰当量比”计算燃烧效率的变化过程。结合燃料损失速率,进而估算油池火的热释放速率。在顶部开口舱室油池火灾中,随着燃烧进行,燃烧效率不断降低,到熄灭前降低到最低值;火源越大,燃烧效率越低。该方法能够较好地分析后期燃料沸腾时的燃烧热释放速率。建立了顶部开口舱室火灾动力学参数的综合预测模型。综合温度线性分布和氧气浓度均匀分布的假设,利用温度分布预测模型和基于油池火当量比的燃烧效率预测模型,从控制体的质量、能量和组分守恒出发,建立了顶部开口舱室火灾动力学模型。模型仅需要燃料质量损失速率作为输入参数,可以计算顶部开口舱室火灾的温度分布、氧气浓度、燃烧效率和热释放速率等参数的变化过程。
[Abstract]:In this paper , the gas flow rate and the flow rate of the open chamber in the top opening are analyzed . The combustion efficiency and the heat release rate prediction model based on flame equivalence ratio are established .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U698.4

【参考文献】