巷道火灾火焰局部阻力模型构建及参数识别

发布时间：2019-09-24 07:51

【摘要】：针对巷道火灾绕火源火焰的局部阻力计算及阻力系数的确定问题,建立按火焰断面积来计算的模型,其中的火焰局部阻力系数是火焰截断面积的函数,指出火焰面积是在特定巷道火灾条件下火源燃烧强度与风流速度相互作用的结果,确定阻力系数值必须考虑到巷道风流对火焰的压制作用。分析火焰局部阻力与风流速度、火源燃烧强度的关系,即随着火源燃烧强度的增大,火焰面积和局部阻力增大,风速降低,出现所谓的节流现象。当风速等于富氧燃烧临界风速时,火源燃烧充分,火焰面积和火焰局部阻力最大;当风速小于该临界风速时,火源燃烧减弱,火焰面积和局部阻力变小;当风速过大时,风流压缩火焰,火焰截断面积和火焰局部阻力减小,火焰局部阻力在风速中低时为最大。上述变化规律与点火源和线火源两组经典的实验结果相吻合;依据实验数据拟合确定出模型的参数,依火源强度不同,最大火焰面积系数取值一般在0.285~0.410。
【图文】：

火灾火焰,局部阻力,巷道,火焰

明确区分，即巷道火区热阻力包括热流摩擦阻力、热局部阻力和火燃烟气的外来风源附加阻力［11］。在巷道火灾热局部阻力中，较复杂的计算是风流绕火源火焰障碍的局部阻力(以下简称火焰局部阻力)。文献［8］给出了火焰局部阻力的概念表达式，其中火焰局部阻力系数如何确定，目前尚须要做进一步深入研究。这里提出按障碍阻力公式来计算火焰局部阻力，同时利用已有的经典火灾实验数据(即具备实验条件典型性和记录数据完备性)，提出确定火焰局部阻力系数的新方法。1火焰局部阻力模型与阻力系数ξ值特征(推导)如图1所示，在巷道火灾发生时，流动风流在绕过火源火焰后，火焰作为一种柔性的障碍物阻碍了风流的流动，从而产生了附加的热绕流局部阻力损失。绕火源局部阻力的节流问题是巷道火灾节流的普遍形式。图1巷道火灾火焰局部阻力Fig.1Localresistanceofthetunnelfireflames巷道风流绕火源火焰局部阻力h'e，r的计算公式为h'e，r=12ξρ'v'2(1)式中，ξ为绕火源的火焰局部阻力系数，无因次;ρ'为通过火区的(出口)风流密度，kg/m3;v'为出口风速，m/s。式(1)是火焰局部阻力的一个概念表达式，以下就最关键的火焰局部阻力系数ξ展开分析。首先假设，对风流而言，障碍物无论是刚体还是流体本身其障碍阻力的计算没有太大区别，那么，将图1巷道风流流动绕过火源火焰后产生的局部阻碍作用，简化成风流绕过阻碍物的局部阻力。参照巷道中风流遇障碍物收缩(或风窗)局部阻力经验公式，得到单纯的火焰局部阻力，即h'e，r=12ρ'v'21.7SyS－S()y2(Sy＜S)(2)式中，S为巷道断面积，m2;Sy为火焰截断面积，m2。把式(2)用常温风流速度v和密度ρ来表达

燃烧强度,火源,风速,巷道

第4期李宗翔等:巷道火灾火焰局部阻力模型构建及参数识别火源燃烧充足供氧的风速，，即当超过该风速时，火源燃烧所需氧充足，燃烧属于富氧燃烧，对应燃烧最强烈，如图2所示，vE为富氧燃烧供氧风速值;反之低于燃烧饱和供氧的风速时，风流供氧能力则相对不足，火源燃烧属于富燃料燃烧，风速越低、燃烧火势相对越弱。图2巷道火源燃烧强度与风速的关系Fig.2Ｒelationshipbetweentunnelfirecombustionintensityandwindvelocity巷道火区段整体温度与火源中心温度不是同一概念，一般远低于火源中心温度，图2中假设燃烧能量释放可用巷道火区段整体平均温度增量表达，也就是对应着燃烧的强度。2.2火焰断面系数与风速的关系尽管在火灾燃烧时火源点产生的火焰是跳跃的，但在平均意义上火焰截断面积变化存在一定的规律性。火焰断面积是在一定火源条件下火势强度与风流速度相互作用的结果，在一定巷道条件和燃烧强度下，当巷道风速较低，如v＜vE时，过小的风速不能够压住火焰，火焰断面积随着火源燃烧的强度增大而增大，当风速在vE的附近时，火焰断面积达到最大;当风速为0时，火区燃烧不断耗氧使氧体积分数减小，火焰必将趋于熄灭。但只要有风速，火区就能得到供氧，维持燃烧，不妨设函数变化为凸曲线，这里用指数函数表达。当风速v＞vE时，且当风速v很大时，过大的风速也能压住火源的火焰，使火焰断面积减校这里按照以上规律来构建火焰断面系数随风速变化的函数关系，如图3所示。图3巷道火区火焰断面系数与风速的关系Fig.3Ｒelationshipbetweentruncatedareaofthetunnelfiredistrictfireandwindvelocity用分段函数表达，有k=k1v－aEva，v≤vEk0+(k1－k0)e－b(v－vE)m，
【作者单位】：辽宁工程技术大学安全科学与工程学院;矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室;河南理工大学安全科学与工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51174109,51074086)
【分类号】：TD752.2

【参考文献】