火源位置对腔室火特性影响的实验研究

发布时间：2020-11-11 08:36

　　 在腔室火研究中,小尺度单开口腔室火是常见形式。通风状况良好的腔室火,其内部温度在高度方向上往往呈现非均匀分布。腔室开口流动过程显著影响腔室内温度分布及热量传递,进而影响火灾蔓延特性。以往的研究多关注于开口形状及外界风对腔室火特性的影响,火源位置变化对腔室燃烧及流动过程影响的研究则鲜有涉及。本文通过小尺度腔室火实验台,模拟了不同火源位置及火源强度下火灾场景,通过测量腔室内部温度及开口流动特性变化,探究火源位置对腔室火特性的影响。实验结果表明,火源位置对腔室内温度分布有显著影响。对同一热释放速率下的火灾场景,火源位置越接近开口,腔室内温度达到稳定状态所需要的时间越长。对通风良好场景下的单开口腔室火,其内部温度分布均呈现明显分层。随着火源沿底部中心轴线由壁面向开口方向移动,腔室内部上层温度逐渐降低,下层温度逐渐升高,上下层温差减小使温度分布由双层向单层过渡。室内温度在高度方向上的分布可以用玻尔兹曼分布函数进行描述。腔室上层及下层的无量纲温升可以通过无量纲火源热释放速率及无量纲火源位置进行表征。同时,火源位置变化会影响腔室开口流动状态。当火源由壁面向开口方向移动,中性面高度和烟气层高度均会降低。腔室内烟气层高度受火源位置影响显著,受热释放速率的影响较小。在同一腔室温度条件下,烟气层高度与中性面高度紧密耦合,中性面高度变化随之导致烟气层高度的显著变化。开口质量流率受火源位置及热释放速率共同影响。同一热释放速率下,随着火源向开口方向移动,开口质量流率单调增大,呈现非线性变化。在靠近壁面处和开口处,火源位置对开口质量流率的影响更显著,在腔室中部影响较小。最后,腔室内火焰形态的演化特征也会显著受到火源位置的影响。当火源由壁面向开口处移动,火焰由竖直燃烧逐渐转变为倾斜,并最终贴近地面,呈现贴地燃烧现象。腔室内部壁面卷吸限制及腔室开口入流风两个作用的耦合是腔室内火焰形态发生变化的主要原因。当火源由壁面向开口方向移动,火焰高度显著减小,火焰水平长度增大。基于实验数据,本文给出了耦合火源位置的腔室内火焰水平长度的表达式。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X932
【部分图文】：

图１．１?２０１３－２０１６全国分场所火灾造成伤亡人数⑴??１??

也是财富较为集中的地方，当这类火灾发生后，往往会造成十分严重的伤亡和财??产损失。随着我国经济建设的高度发展、城市化进程的加快，高层建筑的不断涌??现使得城市火灾的危险性不断升高。图１．１是近年来全国分场所火灾造成的伤亡??人数统计图。据２０１３－２０１６年的统计数据⑴，近年来发生在建筑住宅及宿舍的火??灾造成的伤亡人数远超其他场所。这类场所火灾发生造成的伤亡人数占到事故总??数的６７％，是所有场所里伤亡最为严重的，年均造成的直接经济损失也高达８亿??元。从我国应急管理部消防救援局发布的２０１７年全国火灾情况分析［２］统计信息??也可以看出，虽然我国火灾事故总数和事故造成的财产损失、人员伤亡等有所下??降，但是情况仍不乐观。尤其是建筑火灾中，甚至出现了不降反升的趋势。从火??灾发生单位看，发生在居民住宅及小单位小场所等非消防安全重点单位的火灾共??２５．８万起，占事故总数９１．８％；遇难１３１７人，占总数９４．７％；伤８１０人，占总数??９１．９％；直接财产损失３１．５亿元，占总数８７．６％。可以看到，住宅火灾发生的事??故数量最多

腔室内外的质量流动主要通过开口进行，流动状态取决于腔室内外的压差分??布。根据Ｋａｒｌｓｓｏｎ和Ｑｕｉｎｔｅｒｅ［４］著作中所提出的划分方法，可以将腔室火灾发展??分为以下四个阶段。图１．３描述了由压力分布表征的具有单一开口的腔室火灾发??展过程。??：：：？？！；；＝＝?Ｆ＾３＾ｉ?ｖｗ．Ｐｉ?亦??一?ｉ－……矣???八＇．一?＼?Ａ?—?、??Ｐ????？ｐ??－１??（１）?（２）??、士?ｐ－．．ｐ??：：：：：：：：＼?ｐ〇?＼．．．?，??＾?、丨?????、、丨?ｒ?．，’??１?ｐ??Ｊ??——??（３）?（４）??图１．３腔室火灾发展的四个阶段［４］??３??
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本文编号：2878982