典型液体池火燃烧特性及其烟气的细水雾幕控制方法研究

发布时间：2020-04-29 04:18

【摘要】：随着我国城镇化的加速,各种隧道不断涌现。隧道一旦发生火灾,将产生高温、热辐射、烟气颗粒以及有毒有害气体等,严重危害人员生命和财产安全。细水雾作为清洁高效的灭火技术,在隧道交通等领域中逐渐被应用和推广。发展基于细水雾的控烟技术,期望在降温、灭火、衰减火焰热辐射的同时,可以有效阻挡火灾烟气蔓延。然而前人基于细水雾系统的火灾烟气控制技术的研究,依然十分缺乏,仅部分学者开展了缩尺度实验和全尺度数值模拟实验,而且针对细水雾幕控制隧道火灾烟气的有效性,研究者们意见并不统一,因此本文通过中尺度实验、全尺度实验和全尺度数值模拟实验,证明了细水雾幕控制隧道火灾烟气的有效性,并分析细水雾控制隧道火灾烟气的机制。为了深入的理解和分析细水雾对隧道火灾烟气控制方法和机制,本文针对隧道液体池火这一火灾背景,开展了隧道内柴油池火燃烧特性实验研究,对隧道中不同直径和液位深度柴油池火燃烧速率、CO产量以及温度分布进行测量和分析。结果表明:无纵向风时,油盘直径较小时,柴油池火燃烧速率随液位深度变化不明显,然而CO产量随液位深度增大而明显降低;油盘直径足够大时,柴油池火燃烧速率,随液位深度增加而明显减小,然而CO产量随液位深度增加没有明显变化。施加纵向风后,柴油池火燃烧速率随风速增加先增大后减小,此时CO产量变化趋势和燃烧速率变化趋势相同,风速约为0.3 m/s时,油池火燃烧速率和CO产量均达到最大值。无纵向通风时,火灾烟气沉降速度由燃烧速率和液位深度共同决定。施加纵向风后,较低风速促进柴油池火燃烧,隧道顶棚温度增加,当风速增大到0.8 m/s左右时,隧道内部最高温度位置开始下移。考虑到隧道火灾烟气控制方法研究这一目的,选用了产烟量较大的柴油作为火源,柴油燃烧行为直接影响烟气产量的大小以及烟气蔓延方式,所以对柴油燃烧过程进行细致的研究十分必要。液体池火燃烧过程中形成温度场,温度场控制着烟气颗粒、烟气的形成,以及烟气的传播形式。因此,利用传统的温度测量方法,如热电偶等,对池火烟气颗粒所在的温度场进行测量,有助于了解池火烟气颗粒随时间变化的运动过程。热电偶探头上烟气颗粒的聚集,会对热电偶测温响应时间产生影响,在不同测温环境中,热电偶的测量误差,会随着辐射交换的增益和损耗而发生改变。因此本论文借助美国NIST池火火焰温度测量实验平台,采用一种典型的无烟颗粒产生的甲醇池火替代柴油池火,通过对中尺度甲醇池火火焰区域温度测量,利用Matlab等有效计算工具,获得火焰中心面平均温度场和单脉冲周期内瞬态温度场,提高我们对液体池火燃烧行为和动力学过程的认识。结果表明:热电偶所测火焰温度在相同温度区间所占比例符合高斯分布。利用纤维测温方法对中尺度甲醇池火火焰高温点(1150K)瞬态温度进行测量,利用累计分布函数(CDF)方法拟合得到火焰中任意一点平均值温度,并通过与Wecman实验数据进行对比,证明CDF计算方法的有效性,利用Petty误差计算方法计算平均温度误差范围。利用Matlab程序获得3400幅火焰图片中相同位置高温点(1150K)温度平均值,并计算得到相应的温度场。利用Gollner方法计算得到平均温度场分布图。通过拟合得到Gollner方法与CDF方法温度平均值之间的关系式,并利用拟合公式,计算得到CDF方法平均温度场分布图,最后通过进一步计算得到湍流池火单脉冲周期内不同瞬态温度场变化图,帮助我们深入了解湍流池火火焰动力学特性,同时对考虑到瞬态温度场的火灾模型起到很好的验证作用。在典型液体池火燃烧特性研究基础之上,自主搭建中尺度多作用力协同细水雾幕控制隧道火灾烟气实验台,对复杂环境下细水雾幕控制隧道火灾烟气效果和机制进行深入研究。结果表明:复杂环境下,细水雾幕可以有效控制隧道火灾烟气蔓延,提高被保护侧能见度,降低CO有毒气体浓度;通过实验和数值模拟手段,分析细水雾幕控制隧道火灾烟气蔓延机制,发现细水雾幕施加过程中,在雾幕两边形成较大涡旋,有助于沉降雾幕附近烟气颗粒。同时发现,不同喷嘴形成细水雾幕对隧道火灾烟气控制效果不同,实验中所采用两种喷嘴,在控制隧道火灾烟气中,均存在较理想工作压力。针对无风条件,发展了细水雾幕诱导火灾烟气下降距离计算公式,并将计算结果与实验结果进行对比,证验计算公式的有效性。在中尺度细水雾幕控制隧道火灾烟气实验研究基础上,开展了全尺度细水雾幕控制高大空间火灾烟气实验和全尺度细水雾幕控制隧道火灾烟气数值模拟实验。结果表明:本课题组自主研发的细水雾幕喷头,在全尺度高大空间实验中可以有效的进行防火分隔,降低被保护侧火焰辐射强度,对火灾烟气蔓延有延缓作用。在全尺度细水雾幕控制隧道火灾烟气数值模拟实验中,发现增加细水雾幕喷嘴个数或排数,在与施加细水雾幕相对的地面设置排烟口,以及将细水雾幕和挡烟垂壁结合使用,可以提高对隧道火灾烟气蔓延的阻挡效率,对细水雾幕在控制隧道火灾烟气的工程应用的推广,具有非常重要的指导意义。
【图文】：

秦岭终南山隧道

第１章绪论逡逑灾特点逡逑以来，隧道作为改善交通的重要手段，发展如火如荼，隧道数目最多，工程规模最大的国家。我国公路隧每年均以数百千米增加，预计到２０２０年，，我国铁路图Ｕ为我国目前己建成并运行的最长通车隧道一一使人民的生活更加的便捷，但是随着隧道长度和数量致行车密度的不断增大，最终导致火灾事故发生频率火灾为例，表１．１列出了近年国内发生的重大公路隧中不难发现，隧道油罐运输以及车辆油箱发生火灾频亡以及财产损失较为严重。逡逑

爆炸事件,油罐车,隧道,英国

例从表１．１中不难发现，隧道油罐运输以及车辆油箱发生火灾频率较高，逡逑事故所造成人员伤亡以及财产损失较为严重。逡逑图１．１秦岭终南山隧道逡逑表１．１近年来国内发生的公路隧道火灾事故典型案例逡逑年份邋隧道名地点隧道逦火灾起因逦事故危害及损失逡逑称逦长度逦人员伤亡车辆损失逡逑／ｋｍ逡逑２００７逦重庆大重庆逦３．８７５逦客车自燃逦６人受伤逦１辆中巴逡逑学城隧逦车烧毁逡逑逦ｉｔ逦逦逡逑２００８逦大宝山逦广东逦３．１５０逦“二甲苯”泄漏逦２人死亡逦车辆烧毁逡逑１逡逑
【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】：2018
【分类号】：U458

【相似文献】