狭长空间油池火燃烧特性的实验与数值模拟研究

发布时间：2018-10-10 09:51

【摘要】：城市化进程不断加快,出现了越来越多的大型建筑和隧道空间。在外型上,许多建筑都为狭长空间。狭长空间火灾的发展受诸多因素的影响,比如燃料、火源尺寸、壁面材料、开口条件及通风条件等。因此,开展狭长空间影响火灾发展规律的因素研究有着重要意义。本文利用小尺度实验模拟、及数值模拟相结合的方法,研究了狭长空间内的火灾发展规律及燃烧特性的变化规律。通过文献调研,分析研究后搭建了小尺寸实验台,在此基础上搭建了小尺寸狭长空间火灾实验台,实验过程中通过改变不同的边界条件开展了一系列的实验,测量了烟气温度、浓度和质量损失速率,研究不同工况条件下狭长空间火灾的发展过程。最后对实验数据进行处理,分析研究了各种工况条件下狭长空间火灾的燃烧特性。通过实验模拟,首先研究了准稳态条件下开口形态的影响,正庚烷的无量纲质量损失速率随开口的增大而减小,且服从指数衰减规律；另一方面,不同开口大小的无量纲质量损失速率变化趋势相同,而且无量纲质量损失速率随开口尺寸的增大而减小。其次针对远火源场,实验证实了温度的纵向衰减符合指数关系,几种开口大小的远火源端纵向温度衰减因子变化规律一致,均随着中性面高度的增加而增大；而且中性面高度相同时,远火源端的纵向温度衰减因子随开口大小的增大而增大。之后,实验还证实了竖向温度分布属于高斯型,最高温度距顶棚的位置随中性面高度变化趋势相同。利用小尺寸实验模拟,研究开口位置耦合火源尺寸下的火灾发展情况。通过与开放空间Babraluskas经验值以及狭长空间0. Megret模型预测值的对比,单位面积的质量损失速率在Babraluskas经验值的最小值和最大值之间变化,但不是线性增长,而是先减小后增大；实验值比狭长空间0. Megret模型预测值高。针对狭长空间温度分布,不同油盘尺寸的无量纲顶棚温升变化趋势相同,服从指数衰减,而且具有高度的相似性。在远火源区,油盘尺寸对各断面处无量纲竖向温升分布规律影响可以忽略,不同油盘尺寸的各断面处无量纲温升均很好的服从高斯分布,并具有很高的相似性。随后,通过实验模拟研究了狭长空间双火源燃烧特性。研究发现,火源1和火源2不同油盘尺寸对其质量损失速率的影响比较复杂,整体而言,火源2油盘尺寸小对火源1的影响较小,油盘尺寸较大时将抑制火源1的燃烧。远火源区竖向温度分布具有高度的相似性,服从高斯分布,不随火源2油盘尺寸的变化而改变。此外,火源1的燃烧充分与否直接影响C0浓度的产量。而对于延时点火的实验研究,火源2延时点火时火源1的质量损失速率明显高于未延时的；相对于单一火源,延时点火的质量损失速率峰值明显较小。延时点火时C0浓度峰值几乎相等,相对于未延时点火的情况,C0浓度峰值小了一个量级。最后,利用小尺度狭长空间实验台的测量数据和数值模拟软件FDS研究了狭长空间双火源对燃烧特性的影响。通过FDS模拟,给出了x-z平面上温度场和速度场随时间的变化情况,并通过对比发现双火源作用下,对于双火源之间的温度分布而言,着火后不久燃烧比较充分,此时FDS模拟产生的烟尘高于实验值,双火源之间FDS模拟温度较高；充分发展后,燃烧不充分,FDS模拟产生的烟尘低于实验值,造成了此时的FDS模拟温度较低。对于远火源区,FDS模拟温度普遍低于实验值。
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【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】：2013
【分类号】：TU998.1

【参考文献】