池火火焰光学厚度修正与滞留层燃烧速率分析

发布时间：2017-12-15 11:15

  本文关键词：池火火焰光学厚度修正与滞留层燃烧速率分析

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【摘要】：池火,是指在水平燃烧器中具有较低初始动量的燃料发生的,浮力主控的扩散燃烧现象。现实中的很多燃烧情形都可以在研究中被归类为池火。例如点燃的香烟、蜡烛可以看作是小尺寸的池火燃烧,家庭失火、汽车失火可以归类为中等尺寸的池火燃烧,甚至大尺寸的森林火灾、沿海的大型储油罐失火也可以在研究中按照池火来处理。火焰辐射是池火火灾燃烧释放的重要能量,火焰辐射的研究对于揭示池火燃烧机理、发展火灾防治技术均有重要的理论与实际意义。在传统的火焰辐射模型中,一般将火焰作光薄(Optically thin)处理,而实际上在真实的火灾场合,火焰既不是光薄(Optically thin),也不是光厚(Optically thick);在池火燃烧速率研究方面,没有从理论上揭示传导、对流、辐射主控的不同热物理机制。本文以辐射传热、燃烧学、火灾学的经典理论作为立足点,选用直径范围4-33 cm的油盘,分别在低压(拉萨,66.5 kPa)与常压(合肥,99.8 kPa)条件下进行正庚烷池火燃烧实验,从光学厚度的修正与滞留层燃烧速率研究出发,探索火焰温度、燃烧速率、池火辐射发射率及炭黑体积分数与环境压力、油盘尺寸等边界条件的相关性。首先在理论上利用圆柱状火焰模型和角系数计算,建立了火焰消光系数、炭黑体积分数与光学厚度修正计算的相关表达式,并将其应用于火焰发射率的计算中。实验发现环境压力对光学厚度修正系数的影响源于火焰温度、炭黑体积分数、辐射热流的共同作用：炭黑体积分数是影响光学厚度修正系数的最主要因素。不论是低压还是常压环境,发射率随着油盘直径的增加而增加。传统的发射率计算方法会使得发射率的计算结果偏高。并且这种高估会随着油盘直径的增加而越发明显。低压环境下的发射率较小,主要是由于在低压下的炭黑体积分数明显减小光学薄极限的假设更适用于低压、小尺寸池火的情况。当油盘直径大于30 cm以后,在计算辐射发射率时采用光学薄极限假设,会产生较大误差。此外,从滞留层的理论出发,建立传导、对流、辐射热反馈主控形式下燃烧速率的理论模型公式。探究不同环境压力和热反馈主控形式下的燃烧速率变化规律,从理论上对燃烧速率在变环境压力下的取值进行估算,并与实验结果以及前人研究结论进行对比分析。采用滞留层理论得到燃烧速率在不同热反馈主控形式下的计算表达式。从而可以较好地解释,较小尺寸池火,低压下燃烧速率较高;对较大尺寸池火,常压下的燃烧速率较高。对于火焰温度方面,考虑环境压力、油盘尺寸的影响,建立温度关于以上参量的相关性公式,并通过实验进行验证。基于光学薄极限假设,得到火焰温度与环境压力负相关的关系。综合以上燃烧速率、辐射发射率和火焰温度的研究,增加池火燃烧速率、辐射传热的理论预测方法和计算准确性,并为大尺寸火灾的辐射危险性分析以及消防灭火方案的制定提供理论指导。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.21

【参考文献】

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本文编号：1291755