火旋风燃烧动力学的实验与理论研究
发布时间：2022-10-21 19:05
火旋风是一种在森林与城市火灾中常见的特殊火现象。它是由火羽流和周围环境涡量场的复杂相互作用而诱发的剧烈燃烧的旋转火焰,其中涉及到旋转流动和燃烧的物理化学复杂耦合作用机制。火旋风能够显著增强火源的燃烧速率,火焰高度,火焰温度和速度场,且易于诱发飞火现象,从而使得火灾强度和发展速度大大增强。因此,开展火旋风燃烧动力学的研究,不仅可以促进对包含流动和燃烧相互耦合作用的特殊燃烧现象的认识,丰富相关的燃烧理论,而且有利于在实际中控制此类火现象的发生,以保护人员和财产安全。 本文的研究目标是,研究火旋风的燃烧速率、火焰高度、速度分布和温度分布等动力学特性,以及这些动力学特性随火源尺寸、外加环量等参数条件的变化规律；系统地建立火旋风各种动力学特征量的理论模型或尺度化模型；研究火旋风火焰的大尺度不稳定性一倾斜火焰转动和旋转进动特征,探讨引起火旋风大尺度不稳定性的物理机制;比较揭示火旋风和普通浮力火羽流在流场结构、热场结构、动力学行为和理论模型上的异同点。 本文的具体工作包括： 引入了火旋风的Ekman卷吸边界层理论并求得了其动量边界层解。前人已有的火旋风研究从未考虑火旋风底部卷...
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
图例目录
表例目录
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 典型火旋风案例
1.3 火旋风的研究现状
1.3.1 理论研究工作
1.3.2 实验研究工作
1.3.3 数值模拟工作
1.4 研究目标和内容
1.4.1 本文的研究内容
1.4.2 本文的研究方法
1.5 本文的章节安排
参考文献
第二章 单火点火旋风实验
2.1 火旋风稳定存在的物理机制
2.2 火旋风的产生条件
2.3 四面墙+狭缝式火旋风实验平台
2.4 火旋风实验的重复性
参考文献
第三章 火旋风液体燃料的燃烧速率
3.1 引言
3.2 研究概况
3.3 具体实验布置
3.4 火旋风燃烧速率的定性分析
3.4.1 Lip height效应
3.4.2 火旋风燃烧速率数据的指数拟合
3.5 火旋风燃烧速率的理论模型
3.5.1 燃料表面的能量平衡关系
3.5.2 火旋风湍流边界层的Chilton-Colburn类比
3.5.3 火旋风层流边界层的滞止膜模型
3.5.4 火旋风的动量边界层解
3.5.5 层流火旋风的蒸发速率
3.5.6 湍流火旋风的蒸发速率
3.5.7 火旋风中液体燃料的总蒸发速率
3.6 结果与分析
3.6.1 内外区的Spalding传递数
3.6.2 边界层上切向速度的径向分布
3.6.3 内区和外区中的蒸发速率对比
3.6.4 蒸发速率关系式的验证
3.6.5 层流边界层向湍流边界层的转捩
3.7 本章小结
本章符号表
参考文献
第四章 火旋风的火焰高度
4.1 引言
4.2 研究概况
4.3 具体实验布置
4.4 火旋风火焰的脉动特性
4.5 火旋风和普通浮力池火的卷吸及火焰高度对比
4.6 火旋风火焰高度模型
4.6.1 涡核半径表达式
4.6.2 轴向速度表达式
4.7 火焰高度关系式的验证
4.8 液体燃料火旋风的火焰高度
4.9 本章小结
本章符号表
参考文献
第五章 火旋风的温度场
5.1 引言
5.2 具体实验布置
5.3 中心轴线温度的变化
5.4 热电偶测温的辐射修正
5.4.1 热电偶静态测温误差分析
5.4.2 热电偶静态测温的辐射误差修正理论
5.4.3 热电偶静态测温的辐射误差修正结果
5.5 火旋风的径向温度分布
5.6 火旋风的轴向温度分布
5.6.1 火旋风的标准化轴向长度定义
5.6.2 火旋风的轴向温度分区
5.6.3 羽流的虚点源
5.6.4 火旋风羽流区起点的流动特征
5.6.5 火旋风羽流区的温度衰减特征
5.7 本章小结
参考文献
第六章 火旋风火焰的转动与进动
6.1 引言
6.2 具体实验布置
6.3 结果与讨论
6.3.1 实验现象
6.3.2 径向温度变化特征
6.3.3 进口速度和外加环量
6.3.4 火焰转动和进动特征
6.3.5 旋转火焰半径和进动半径
6.3.6 其他火焰不稳定现象机理
6.3.7 火旋风火焰进动机理
6.4 本章小结
参考文献
第七章 总结与展望
7.1 本文总结与结论
7.2 论文创新点
7.3 研究工作展望
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]小尺寸方形竖槽道火旋风的实验研究及火焰特征[J]. 杨春英,武红梅,霍岩. 燃烧科学与技术. 2011(03)
[2]单侧缝竖形槽道内的火旋风中心区域特性[J]. 武红梅,周允基,郜冶. 哈尔滨工程大学学报. 2010(03)
[3]基于不同风速下火旋风的数值计算及特性分析[J]. 苏石川,王亮,聂宇宏,顾祥. 中国安全科学学报. 2009(09)
[4]建筑物内火旋风中心飘移的探讨与研究[J]. 陈长坤,姚斌,范维澄. 中国工程科学. 2003(10)
[5]细水雾抑制火旋风的实验研究[J]. 秦俊,廖光煊,王喜世,范志航. 自然灾害学报. 2002(04)
[6]三维LDV测量火旋风的实验研究[J]. 秦俊,廖光煊,王喜世,范志航. 量子电子学报. 2002(05)
[7]火旋风的模拟实验研究[J]. 秦俊,廖光煊,万玉田,范志航. 火灾科学. 2002(02)
[8]红外热成像方法测量火旋风温度的实验研究[J]. 秦俊,廖光煊,王喜世,范志航. 激光与红外. 2002(01)
[9]小型静态火旋涡的实验研究[J]. 周建军,姜冯辉,禹颂耕,钟占荣. 实验力学. 1997(03)
[10]大兴安岭特大森林火灾的特征与今后的火管理对策[J]. 王正非. 森林防火. 1987(04)
硕士论文
[1]火旋风的火焰与燃烧特性实验研究[D]. 陈璞.中国科学技术大学 2009
[2]竖形槽道内火旋风的实验研究与数值模拟[D]. 杨玲.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3696209
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【学位级别】：博士
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ABSTRACT
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第一章 绪论
1.1 引言
1.2 典型火旋风案例
1.3 火旋风的研究现状
1.3.1 理论研究工作
1.3.2 实验研究工作
1.3.3 数值模拟工作
1.4 研究目标和内容
1.4.1 本文的研究内容
1.4.2 本文的研究方法
1.5 本文的章节安排
参考文献
第二章 单火点火旋风实验
2.1 火旋风稳定存在的物理机制
2.2 火旋风的产生条件
2.3 四面墙+狭缝式火旋风实验平台
2.4 火旋风实验的重复性
参考文献
第三章 火旋风液体燃料的燃烧速率
3.1 引言
3.2 研究概况
3.3 具体实验布置
3.4 火旋风燃烧速率的定性分析
3.4.1 Lip height效应
3.4.2 火旋风燃烧速率数据的指数拟合
3.5 火旋风燃烧速率的理论模型
3.5.1 燃料表面的能量平衡关系
3.5.2 火旋风湍流边界层的Chilton-Colburn类比
3.5.3 火旋风层流边界层的滞止膜模型
3.5.4 火旋风的动量边界层解
3.5.5 层流火旋风的蒸发速率
3.5.6 湍流火旋风的蒸发速率
3.5.7 火旋风中液体燃料的总蒸发速率
3.6 结果与分析
3.6.1 内外区的Spalding传递数
3.6.2 边界层上切向速度的径向分布
3.6.3 内区和外区中的蒸发速率对比
3.6.4 蒸发速率关系式的验证
3.6.5 层流边界层向湍流边界层的转捩
3.7 本章小结
本章符号表
参考文献
第四章 火旋风的火焰高度
4.1 引言
4.2 研究概况
4.3 具体实验布置
4.4 火旋风火焰的脉动特性
4.5 火旋风和普通浮力池火的卷吸及火焰高度对比
4.6 火旋风火焰高度模型
4.6.1 涡核半径表达式
4.6.2 轴向速度表达式
4.7 火焰高度关系式的验证
4.8 液体燃料火旋风的火焰高度
4.9 本章小结
本章符号表
参考文献
第五章 火旋风的温度场
5.1 引言
5.2 具体实验布置
5.3 中心轴线温度的变化
5.4 热电偶测温的辐射修正
5.4.1 热电偶静态测温误差分析
5.4.2 热电偶静态测温的辐射误差修正理论
5.4.3 热电偶静态测温的辐射误差修正结果
5.5 火旋风的径向温度分布
5.6 火旋风的轴向温度分布
5.6.1 火旋风的标准化轴向长度定义
5.6.2 火旋风的轴向温度分区
5.6.3 羽流的虚点源
5.6.4 火旋风羽流区起点的流动特征
5.6.5 火旋风羽流区的温度衰减特征
5.7 本章小结
参考文献
第六章 火旋风火焰的转动与进动
6.1 引言
6.2 具体实验布置
6.3 结果与讨论
6.3.1 实验现象
6.3.2 径向温度变化特征
6.3.3 进口速度和外加环量
6.3.4 火焰转动和进动特征
6.3.5 旋转火焰半径和进动半径
6.3.6 其他火焰不稳定现象机理
6.3.7 火旋风火焰进动机理
6.4 本章小结
参考文献
第七章 总结与展望
7.1 本文总结与结论
7.2 论文创新点
7.3 研究工作展望
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]小尺寸方形竖槽道火旋风的实验研究及火焰特征[J]. 杨春英,武红梅,霍岩. 燃烧科学与技术. 2011(03)
[2]单侧缝竖形槽道内的火旋风中心区域特性[J]. 武红梅,周允基,郜冶. 哈尔滨工程大学学报. 2010(03)
[3]基于不同风速下火旋风的数值计算及特性分析[J]. 苏石川,王亮,聂宇宏,顾祥. 中国安全科学学报. 2009(09)
[4]建筑物内火旋风中心飘移的探讨与研究[J]. 陈长坤,姚斌,范维澄. 中国工程科学. 2003(10)
[5]细水雾抑制火旋风的实验研究[J]. 秦俊,廖光煊,王喜世,范志航. 自然灾害学报. 2002(04)
[6]三维LDV测量火旋风的实验研究[J]. 秦俊,廖光煊,王喜世,范志航. 量子电子学报. 2002(05)
[7]火旋风的模拟实验研究[J]. 秦俊,廖光煊,万玉田,范志航. 火灾科学. 2002(02)
[8]红外热成像方法测量火旋风温度的实验研究[J]. 秦俊,廖光煊,王喜世,范志航. 激光与红外. 2002(01)
[9]小型静态火旋涡的实验研究[J]. 周建军,姜冯辉,禹颂耕,钟占荣. 实验力学. 1997(03)
[10]大兴安岭特大森林火灾的特征与今后的火管理对策[J]. 王正非. 森林防火. 1987(04)
硕士论文
[1]火旋风的火焰与燃烧特性实验研究[D]. 陈璞.中国科学技术大学 2009
[2]竖形槽道内火旋风的实验研究与数值模拟[D]. 杨玲.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3696209
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3696209.html
