（安全技术及工程专业论文）液体燃料引起回燃现象的实验与理论研究.pdf

中国科学技术大学碗：卜学位论文 英文摘要 a b s t r a c t i nal i m i t e dv e n t i l a t i o nb u i l d i n g ，c o m b u s t i o nc a nn o tp e r s i s td u et oa s h o r t a g eo f f r e s ha i ra n dg e n e r a t e sah i g h t e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n t t h ev o l a t i l i z a t i o no r p y r o l y s i sp r o d u c t so ff u e li nt h eh o tc o n d i t i o na n dp a r t i a l c o m b u s t i o np r o d u c t sm a k e s u po ff u e l r i c hg a si nt h eb u i l d i n gi ft h ef l e s ha i ri sa l l o w e dt of l o wi n t ot h ev i t i a t e d s p a c e ，s u c ha sb yo p e n i n gt h ed o o ro rb r e a k i n gt h eg l a s s ，g r a v i t yc u r r e n tw i l lf o r m w h i l et h eh o ts m o k ef l o w o u tt h r o u g ht h et o po ft h eo p e n i n gi nt h ev i t i a t es p a c e ，t h e a i ra n dt h ef u e l r i c hg a sm i xa l o n gt h en e u t r a lp l a n ea n df o r mg r a v i t yc u r r e n t o n c e t h em i x t u r ei si nt h ef l a m m a b l el i m i t ，af l a s h o v e ro rd e f l a g r a t i o nw i l lt a k ep l a c eu n d e r t h ee f f e c to fi g n i t i o ns o u r c ea n dt h et e m p e r a t u r ei nc o m p a r t m e n tw i l lr i s es h a r p l yi n s h o r tt i m et h ef l a m ei g n i t e st h ec o m b u s t i b l eg a so u t s i d et h eo p e n i n ga n df o r m saf i r e b a l lo rab l a s tw a v et h ep h e n o m e n o no ff l a m em o v i n gt h r o u g ht h ev i t i a t e ds p a c ei s d e f i n e da sb a c k 出a f t b a s e do nt h ec u r r e n tr e s e a r c h ，t h r e ea s p e c t so fr e s e a r c hw e r eu n d e r t a k e ni nt h e t h e s i s ： as e r i e so fb a c k d r a f t e x p e r i m e n t s w e r ec o n d u c t e di nar e d u c e d s c a l e c o m p a r t m e n tw i t hm i d d l e s l o to p e n i n gu s i n gh e p t a n ea n dg a s o l i n e ，w h i c hw e r e c o m m o nl i q u i df u e l s t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t sw e r ea n a l y z e da n dt h ec r i t i c a l c o n d i t i o no fb a c k d r a f t p h e n o m e n o n i n d u c e d b yl i q u i d f u e lw a st h ev o l u m e c o n c e n t r a t i o no fc o m b u s t i b l eg a si n c l u d i n gt o t a lh y d r o c a r b o na n dm o n o x i d ec a r b o n o n c et h eh a t c hw a so p e n e da n dt h ev o l u m ec o n c e n t r a t i o no fc o m b u s t i b l eg a se x c e e d s ac r i t i c a lc o n d i t i o n ，ie 25 ，a tt h et e m p e r a t u r eo f4 2 3 ko rs oi nac o m p a r t m e n t ， b a c k & a f tw i l lt a k ep l a c ew i t ht h eh i g h e rc o n c e n t r a t i o no fc o m b u s t i b l eg a s ，t h e d i m e n s i o no ff i r eb a l lw a sb i g g e ra n dt h ed e g r e eo fb a c k d r a f iw a s m o r ev i o l e n t ad i r e c tn u m e r i c a ls i m u l a t i o nw i t ht h es i m p l ea l g o r i t h mw a sm a d eb a s e do n s a l tw a t e re x p e r i m e n t so fg r a v i t yc ，u r r e m t sp 【i o rt ob a c k & a f tt h en o n d i m e n s i o n a l t i m eo fs a l tw a t e rf r o mt h eo p e n i n gt ot h er e a rw a l lo ft h es c a l e dc o m p a r t m e n tw a s c o m p a r e dw e l lu n d e rd i f f e r e n to p e n i n gg e o m e t r i e sm o r e o v e r , i tw a sp r e d i c t e dt h a t t h e i g n i t i o n t i m ei nm i d d l e s l o t o p e n i n gc a s e o ft h er e d u c e d s c a l eb a c k & a f t v t ! 里型兰丝查查兰塑：! 兰焦丝兰 墨兰! ! 兰 e x p e r i m e n tw a sl5 7 s ，t h i sr e s u l tw a sa l m o s ta c c o r dw i t ht h ee x p e r i m e n t a ld a t a am a t h e m a t i c a lm o d e lo ft e m p e r a t u r eo fh o ts m o k el a y e rw a sq u a n t i t a t i v e l y e s t a b l i s b e db a s e do i lt h ew h o l eb a c k d r a f tp r o c e d u r ei n d u c e db yl i q u i df u e lt h ew h o l e 。r o c e d u r ec o n s i s t e do ft h ep r e b u r nf i r e ，t h es e c o n d a r yf a di n j e c t i o na n db a c k & a f t d e v e l o p m e n tt h em o d e l c o n s i d e r e de n t h a l p yl o s so fl i q u i df u e lv o l a t i l i z a t i o na n dh o t s m o k el a y e rm a s sg a i ni nt h i sp a p e r ，s i m u l a t i v er e s u l t s o ft h em o d e lw e r ew e l l c o m p a r e dw i t he x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，a n d s i m u l a t i v er e s u l t s o ft h em o d e lw e r e a n a l y z e d f u r t h e r m o r e 、c o m b u s t i o ne f f i c i e n c yu n d e rl i m i t e dv e m i l a t i o na n dp r a c t i c a l c o m b u s t i o nr e a c t i o nr a t ew e r ew o r t hc o n s i d e r i n g k e y w o r d s ：f i r e ，b a c k & a f t ，l i q u i df u e l ，c r i t i c a lc o n d i t i o n ，c o m b u s t i b l eg a s ，i g n i t i o n v i i 中国科学技术大学硕士学位论文 致谢 致谢 在论文完成之际，首先要感谢我的导师杨立中教授在论文的选题及完成的全 过程中给予的悉心指导。杨老师治学之严谨、学识之渊博、视野之开阔，置身其 间，潜移默化，将一个科研的门外汉领进了火灾科学的殿堂，在学术上和生活上 都使我受益匪浅。感谢周晓冬老师几年来对我的帮助和关心，生活和学习上给我 悉心指导。 感谢翁文国副教授在理论和实验方面给我的无私鼓励，他勤奋的工作作风和 平易近人的待人态度对我产生了深刻的影响，使我深悟科研之法，做人之道。 感谢邓志华老师对我小尺寸回燃实验的帮助，他在实验条件上必要的帮助， 方案实施上有益的建议使我的实验动手能力大大加强，他乐观的人生态度和高尚 的人格魅力令我学习和生活上时刻充满了动力。 感谢陈晓军老师对我科研工作的督促，他在专业理论上的细致指导和学习生 活上的真诚鼓励，让我感激不尽。 感谢孙金华教授和陆守香教授在申请过程中的无私帮助，在此表示谢意。 论文的完成离不开课题组和实验室其他同仁的并肩奋斗，尤其要感谢郭再 富、周宇鹏和梁参军在实验上给予的大力协助，方廷勇、冯文兴、赵道亮、李剑 和陈恒在平常生活学习中的帮助。感谢我的老乡也是师兄朱伟，在异地给我无私 的帮助，与他聊天总是一件快乐的事情。 感谢s a 0 3 2 3 2 所有的同学，9 8 1 3 认识的朋友以及所有帮助过我、关心过我 的老师、同学和朋友，尤其是王海南、刘小勇、庄磊，感谢他们在低落时给我的 鼓励，懈怠时给我的鼓舞，迷茫时给我的警醒。 最后要把我的谢意留给我的家人，向父母和所有亲人表达最深切的谢意，没 有他们的培养和支持，我根本无法完成这些年的求学历程。 本文的完成得到国家重点基础研究发展规划( 批准号：2 0 0 1 c b 4 0 9 6 0 3 ) 和 国家自然科学基金项目( 5 0 3 0 6 0 2 4 ) 的资助，在此表示感谢。 龚剑 2 0 0 6 年5 月于中国科大 中国科学技术大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 火的使用是人类的伟大创举之一，它在人类文明和社会进步中起着无法估 量的重要作用。然而火若失去控制，便会危机生命财产和自然资源，酿成灾害。 火灾是火失去控制蔓延的一种灾害性燃烧现象，通常包括森林、建筑、油类等火 灾以及可燃气和粉尘爆炸。一般而言，其发生的必要条件为：可燃物、空气和火 源 1 】。其中建筑火灾是最为常见的一类火灾，而回燃现象( b a c k d r a f t ) 是建筑火灾 中一种特殊火行为，由于它的发生对人类生命和则产有着巨大的威胁，因而很值 得研究。 在通风受限的建筑物中发生火灾，由于新鲜空气的补充不足而难以维持充 分燃烧的要求，燃烧产物中存在着一部分可燃性气体，接着燃烧将进入缺氧性燃 烧状态，在高温环境下燃料发生挥发和热解的现象使得建筑物内的热烟气含有更 多的可燃性气体。如果由于某种原因( 门的突然打开或者窗玻璃的突然破碎等) 造成新鲜空气的大量涌入，同时热烟气也会流出建筑物，因为密度的不同热烟气 和新鲜空气混合形成重力流，在建筑物内两者逐渐混合达到可燃极限并在火源的 作用下发生极为猛烈的燃烧，室内温度在短时间内迅速升高，转化为轰燃或爆燃。 当火焰传播到开口处，会点燃建筑物外的混合气体形成一个巨大的火球或冲击 波。这种现象就是建筑火灾中的回燃现象。图11 就是回燃现象的发展过程( 取 自文献 2 ) 。回燃现象由于其发生的隐蔽性、突然性和强大的破坏性对人类的安 全尤其是消防队员的安全有着极大的威胁 3 6 。 关于回燃的基本概念第一次出现在期刊上是在s t e w a r d 的文章中 7 ，但是它 被定义为烟气中碳颗粒引起的粉尘爆炸。从那时以后，研究者们经常把回燃错误 的解释成：闪火( f l a m e o v e r ) 、逆流着火( b a c k f l a s h ) 、烟气爆炸( s m o k ee x p l o s i o n ) 、 热气体爆炸( h o ta i re x p l o s i o n ) 、通风诱导轰燃( v e n t i l a t e di n d u c e df l a s h o v e r ) 以及富 燃料轰燃( r i c hf l a s h o v e r ) 等等。造成这种情况的原因可能是当时回燃没有统一的 定义，这样也造成了以前的回燃案例也被错归类为以上的几个火灾现象，所以很 有必要对回燃进行系统的研究。 中国科学技术大学硕士学位论文第一章引言 12 研究现状 图1 1 回燃现象的发展过程 目前有关研究回燃现象的方法有实验和理论两方面。最早的研究可以追溯 到f l e i s c h m a n n 6 在加州大学伯克利分校( u n i v e r s i t yo fc a l i f o r n i a ，b e r k e l e y ) n 博 士论文。他加工了一个长宽x 高为2 4 m x l 2 m x l2 m 接近1 2 房间尺寸的腔体 【6 ，8 1 0 。为了控制过压造成的危险，腔体的一边墙面装备有卸压板( p r e s s u r er e l i e f p a n e l ) ，超过1 k p a 时卸压板掉落；另一边墙面嵌有n e o c e r a m 材料做的观察窗长 1 s m 宽o9 m ；腔体的内表面是石膏墙板上附有5 0 r a m 厚的难熔纤维层；腔体的 开口形式为端部中间开口和窗开口；燃料采用的是甲烷和丙烷。实验结果表明并 不是一打开开口就开始燃烧，要形成重力流是必须的：回燃仅仅是开启开口前 h c 的质量浓度大于1 0 时才产生；当h c 的质量浓度小于l o 时，腔体内火焰 的传播很慢，过压较低。随着h c 质量浓度升高，腔体的过压增大并且回燃现象 更明显。当h c 浓度大于15 ，将会从腔体开口处喷出火球，过压显著升高。 由于回燃前重力流对回燃现象的产生有着至关重要的作用，所以也有文章 报道有关回燃前重力流的研究，其中盐水模拟实验研究是一种重要的研究形式。 f l e i s c h m a n n 6 ，9 ，1 1 1 建立了用聚丙烯加工的大箱体和小腔体，大箱体长x 宽高 为o 6 m 0 3 m x 0 4 5 m ，里面可以放置不同密度的盐水，实验前加入少量的酚酞： 小腔体长宽高为03 m 0 1 5 r e x 01 5 m ，里面加入氢氧化钠的清水，小腔体可 以调换不同的端部开口形式：全部开口、中间开口、门开口和窗开口；进行实验 时小腔体放入大箱体中。实验结果表明无量纲速度和高度仅与开口形式有关，与 中国科学挫术大学硕二l 学位论文 第一章引言 归一化密度值无关：实验结果可以用来预测相似开口形式下的腔体实验中回燃产 生的时刻。另外他还利用数值模拟的方法比较盐水模拟实验中重力流的分布情 况。结果发现数值模拟可以发现盐水模拟实验中重力流更为精细的结构。 m c g r a t t a n ，b a u m ，r e h m 1 2 ，1 3 】运用随时间变化的n a v i e r s t o k e s 方程建立了 在腔体中由热驱动的烟气对流模型并认为粘性系数和热传导率是常数，模型中不 考虑湍流模型和其他的经验模型，对于多边形区域用数值s c h w a r z ，c h r i s t o f f e l 变 换变成矩形区域，同时方程用涡度和流函数进行表示。针对 6 1 中的回燃实验过 程进行了模拟，发现模拟结果与实验结果符合得很好。 b o l l i g e r 1 4 在新西兰坎特伯雷大学( u n i v e r s i t yo f c a l l t e r b u r y ) 的硕士论文中， 为了确定回燃实验的尺寸效应，利用集装箱建立了一个长宽高为 6 m 2 4 m 2 4 m 的全尺寸腔体。腔体的一个端部墙装备有卸压板，超过l9 2 k p a 时脱落：一长墙嵌入一个能酬高温和高压的观察窗( p y r a n ) ：腔体的内表面是石 膏板和硅钙板；腔体的另一个端部墙装配的是中间开口用来模拟窗开口，尺寸是 22 r e x 07 5 m ；燃料是甲烷，实验结果表明回燃实验的尺寸效应并不明显，其结 果与f l e i s c h m a n n 的小尺寸实验一致，压力越大则回燃现象更加明显，周围风的 条件对重力流和火球的喷出有着很大的影响。 美国海军研究实验室( n a v a lr e s e a r c hl a b o r a t o r y ，w a s h i n g t o nd c ) 的g o t t u k 等人 1 6 】为了发展海军舰船的防火技术，首先在实验室内建立了一个长x 宽高 为48 8 m x 2 4 4 m x 2 4 4 m 的腔体。腔体为钢结构；开口形式是端部门开口，尺i r 是06 6 m 宽，16 8 m 高；燃料是n o 2 柴油喷雾；实验还利用水喷淋抑制回燃的 产生。实验结果表明产生回燃的的决定性参数是燃料质量浓度，开启丌口前燃料 质量浓度大于01 6 才能产生回燃；水喷淋能够缓解回燃的产生，其原因是稀释 腔体内的热烟气以循2 j j , 燃料质量浓度，而非冷却腔体内的热烟气温度。g o t t u k 等人还在舰船上进行回燃实验f 2 ，1 5 ，实验包括两个腔体，其中一个腔体用于产 生回燃，长宽x 高为5 2 m x 2 4 m x 3 2 m ，另外一个腔体由于可以改变其大小( 分 别为2 0m 3 1 0 4i t l 3 和1 2 9 m 3 ) 被称为缓冲区，两个腔体之间用一门12 2 m x 21 3 m 连接；腔体内部覆盖有胶合板和石膏板：腔体结构为钢结构：燃料是n o 2 柴油 喷雾；实验利用了水喷淋抑制回燃的产生。实验结果除上述外，还发现缓冲区越 小，回燃产生的效果越显著。 中国科学技术火学预= 卜学位论文 第一章一j i 高 瑞典兰德大学( l u r i du n i v e r s i t y , s e d e n ) 的g o j k o v i c 等人在一个研究回燃现 象的三年项目中( 1 7 】，建立了长宽高为5 2 m 22 m x 22 m 的回燃实验腔体。 腔体的一个端部墙装备有卸压板；一长墙嵌有耐高温高压变化的观察窗；腔体的 内表面附有绝热玻璃纤维层：腔体的开口形式为端部中间开口；燃料是天然气。 由于实验仪器的问题，作者只是对回燃现象有了一个定性的描述和了解，实验结 果表明在腔体内部同高度的热烟气温度相差不多，并且认为一些自然条件如风 对实验现象有着很大的影响。作者利用c f d 对回燃前重力流进行模拟研究，并 得到了不同时刻重力流的分布情况。 英国伦敦的火灾研究部| 1 3 ( f i r er e s e a r c hd i v i s i o n ) 的f o s t e r 和r o b e r r s u 8 搭 建了一个实验室包括两部分，一个长宽高为2 4 m x l2 m x l 2 m 的半尺寸腔体 和一段长宽为1 2 m x l2 m 的走廊，腔体结构为钢结构并用阻燃性能良好的胶 合板和绝缘毯连接，腔体的顶部装有卸压板；开口形式是端部门开口和窗开口， 燃料是甲烷；实验结果表明回燃现象的显著程度可以通过延迟时问、腔体温度、 通风条件等来控制，而现实中的火灾场景是很难控制的，如可燃性气体的位置、 点火源和通风口位置都是不知道的或者会变化的，并且有的时候回燃会在通风口 打开很氏的时间之后才会产生的。 中国科学技术大学的翁文国博士f 1 9 2 1 搭建了个长宽高为 l2 r e x 06 r e x 0 6 m 的小尺寸回燃实验台，开口形式有六种端部丌口：中间开口、 垂直中间开口、上边开口，下边开口、门开口、窗开口和两种顶部丌口：全部丌 口和窗开口，所用的燃料是甲烷，实验中还使用细水雾对回燃现象进行了抑制： 通过实验重现了回燃现象并得到了回燃产生的临界条件以及不同丌口形式对回 燃产生的影响：并且他运用突变理论建立回燃现象的突变动力学，分析其突变行 为，结果发现回燃现象的突变模式是燕尾型突变 2 2 ，2 3 1 ，在此基础之上建立了回 燃现象的非线性动力学模型，对模型进行了定量的数值计算和分析，结果发现回 燃现象是一个分翁( 突变) 现象，还给出了回燃现象动力学系统的系统控制面 2 4 ，2 5 l ；他还用基于大涡模拟( l e s ) 的f d s 软件来研究和预测回燃的点燃时间， 模拟结果中显示了重力流的典型流体结构f 2 昧另外他运用赫水模拟实验对回燃 前的重力流进行了研究 2 7 ，实验装置包括一个大箱体o 6 r e x 02 m x o3 m 和一个 小腔体o 4 m x 0 1 m 01 1 t i ，采用了六种端部开口和两种顶部开v 1 ，所得结论与 中周科学技术大学倾士学位论文 1 3 研究目标及思路 通过列回燃研究现状的分析可以得到，目前的研究主要集中于气体燃料引起 的回燃现象，有实验方面的研究燃料是甲烷或丙烷，有运用突变动力学理论从区 域模拟出发建立非线性动力学模型，有运用大涡模拟的软件模拟回燃过程，有从 场模拟出发建立烟气刺流模型，还有利用盐水实验来模拟研究回燃前的重力流。 但是研究液体燃料引起的回燃现象很少，仅有的研究是文献 2 ，1 5 ，1 6 中的实验研 究，采用的燃料是n o2 柴油喷雾，这种燃料供给方式与气体燃料的类似，而且 只考虑了燃料的质量浓度，没有考虑一氧化碳的浓度，结果也没有普遍性，因此 有必要对其进行深入的研究。本文的主要研究工作如下： 1 用液体燃料( 庚烷或汽油) 做中间开口的小尺寸回燃实验，重现液体燃料引 起的回燃现象，在实验开始之前用油箍把燃料放入腔体，并用烟气分析仪测 量产生打开腔盖时刻的可燃气体体积浓度( 包括总碳氢浓度和一氧化碳浓 度) ，研究回燃产生的临界条件。测量腔体内和开口处的温度，比较产生回 燃与不产生回燃情况的温度分布和分层情况。 2 以前人所做的在不同开口形式下的回燃前重力流盐水实验为基础，针剥盐水 实验结果中的重力流运动时问，采用s i m p l e 算法进行直接数值模拟，把模 拟结果与盐水实验结果进行比较，并用来预测小尺寸回燃实验的点燃时间， 用预测结果与回燃实验结果进行比较。 3 针对液体燃料引起回燃现象的整个过程，运用偏微分方程组定量的建立热烟 气层温度随时间变化的数学模型，分析整个的回燃实验过程，包括预燃烧阶 段、第二次供油阶段和产生回燃阶段，并对数学模型进行模拟，把模拟结果 与实验结果进行比较。 1 4 本文的安排 根据研究目标及思路，本文的章节安排如下： 第一章是引言，介绍研究背景、研究现状、研究思路和思路。 中国科学技术大学f i j l l = 仁学位论文 第二章是对小尺寸回燃实验装置进行了介绍。包括设计思想，实验小腔体、 开1 3 形式、观察窗、腔盖开启方式、底脚支架、点火装置，测量仪器如热电偶、 烟气分析仪。 第三章是液体燃料( 庚烷和汽油) 引起回燃现象的实验研究，重现了回燃现 象，研究了回燃产生的临界条件，给出了实验结果和典型实验数据如温度数据和 气体浓度数据，并进行分析。 第四章是对模拟回燃前重力流的盐水实验进行直接数值模拟，介绍了数值模 拟过程，并对模拟结果进行分析和比较。 第五章是液体燃料引起回燃现象的理论分析，包括定量数学模型和对模拟结 果的分析。 第六章是论文的总结与进一步工作展望。 中国科学技术大学硕十学位论文 第一章0 f 高 参考文献 1j 范维澄王清安姜冯辉周建军火灾学简明教程合肥中国科学技术大学 出版社1 9 9 5 2 】g o t t u k ，dt ，p e a t r o s s ，mj ，f a r l e y , j p & w i l l i a m s ，f wt h ed e v e l o p m e n ta n d m i t i g a t i o no fb a c k d r a f t ：ar e a l s c a l es h i p b o a r ds t u d y , f i r es a l t yj o u r n a l ，19 9 9 ， 3 3 ：2 6 l - 2 8 2 3 d u n n ，vb e a t i n gt h eb a c k d r a f tf i r ee n g1 9 8 8 ；1 4 ：4 4 4 8 4 b u k o w s k i ，r w tm o d e l i n gb a c k d r a f t ：t h ef i r ea t6 2w a t t ss t r e e tn f p aj1 9 9 5 ， 8 9 ：8 5 - 8 9 5 c h i t t y , ras u r v e yo fb a c k d r a u g h tf i r er e s e a r c hs t a t i o n ，f e b r u a r y19 9 4 【6 】f l e i s c h m a n n ，c m b a c k d r a f tp h e n o m e n a ，n i s t - g c r - 9 4 6 4 6n a t i o n a li n s t i t u t eo f s t a n d a r d sa n dt e c h n o l o g y , g a i t h e r s b u r g ，m d ，19 9 4 7 s t e w a r d ，p dc d u s ta n ds m o k ee x p l o s i o n n a t i o n a lf i r ep r o t e c t i o na s s o c i a t i o n q u a r t e r l y ，1 9 1 4 ，7 ：4 2 4 - 4 2 8 ， 8 f l e i s c h m a r m ，c i v l ，p a g n i ，p j & w i l l i a m s o n ，rb q u a n t i t a t i v eb a c k & a f t e x p e r i m e n t s f i r e s a f e t ys c i e n c e p r o c e e d i n g o ft h ef o u r t hi n t e r n a t i o n a l s y m p o s i u m ，1 9 9 4 ，3 3 7 3 4 8 9 f l e i s e h m a r m ，c m & m c g r a t t a n ，k bn u m e r i c a la n de x p e r i m e n t a ls t u d yo n g r a v i t yc u r r e n t sr e l a t e dt ob a c k d r a f t sf i r es a f e t yj o u r n a l ，1 9 9 9 ，3 3 ：2 l - 3 4 1 0 f l e i s c h m a n n ，cmp a g n i ，p j w i l l i a m s o n ，rbp r e l i m i n a r yb a c k d r a f t e x p e r i m e n t su s j a p a ng o v e r n m e n tc o o p e r a t i v ep r o g r a mo nn a t u r a lr e s o u r c e s f i r er e s e a r c ha n ds a f e t y1 2 ”j o i n tp a n e lm e e t i n g ，1 9 9 2 ，2 0 8 2 1 5 1l 】f l e i s c h m a n n ，c m ，p a g n i ，p j & w i l l i a m s o n ，r bs a l tw a t e rm o d e l i n go ff i r e c o m p a r t m e n tg r a v i t yc u r r e n t s f i r es a f e t ys c i e n c e - p r o c e e d i n go ft h ef o u r t l l i n t e r n a t i o n a ls y m p o s i u m ，19 9 4 ，2 5 3 2 6 4 12 m c g r a t t a n ，kb ，r e h m ，rg & b a u m ，h rf i r e d r i v e nf l o w si ne n c l o s u r e s j o u r n a lo fc o m p u t a t i o n a lp h y s i c s ，v o l1 10 ，n o2 ，f e b 19 9 4 ：2 8 5 2 91 13 b a u m ，h r m c g r a t t a n ，kb & r e h m ，r gm a t h e m a t i c a lm o d e l i n ga n d c o m p u t e rs i m u l a t i o n o ff i r ep h e n o m e n a p r o c e e d i n g so ft h e4 i n t e r n a t i o n a l 7 ! 里型兰型查查兰堡：l 二兰堡堡苎 兰二垩! ! 宣 s y m p o s i u mf o rf i r es a l t ys c i e n c e ，j u n e1 3 1 7 ，1 9 9 4 ：p p1 8 5 1 9 3 14 b o l l i g e r , i b f u l lr e s i d e n t i a l s c a l eb a c k d r a f t f i r ee n g i n e e r i n gr e s e a r c hr e p o n 9 5 1 ，u n i v e r s i t yo fc a n t e r b u r y ，n e wz e a l a n d ，a u g u s t19 9 5 15 o o t t u k ，d t ，p e a t r o s s ，mj ，f a r l e y ，j p & w i l l i a m s f w1 9 9 5c l a s sb f i r e f i g h t i n gd o c t r i n ea n dt a c t i c s ：f i n a lr e p o r t n r l m r 618 0 9 7 7 9 0 9n a v a l r e s e a r c hl a b o r a t o r y , w a s h i n g t o nd c ，19 9 7 16 g o t t u k ，d t ，w i l l i a m s ，fw & f a r l e y , jpt h ed e v e l o p m e n ta n dm i t i g a t i o no f b a c k d r a f t s ：af u l l - s c a l ee x p e r i m e n t a ls t u d y ，f i r es a f e t ys c i e n c e p r o c e e d i n go f t h ef i f t hi n t e r n a t i o n a ls y m p o s i u m ，19 9 7 ，9 3 5 9 3 6 1 7 g o j k o v i c ，d i n i t i a l b a c k & a f t e x p e r i m e n t sd e p a r t m e n to ff i r es a f e t y e n g i n e e r i n gl a n du n i v e r s i t y , s w e d e n r e p o r t3i21 ，l u r i d2 0 0 0 1 8 f o s t e r , j a a n dr o b e r t s ，cva ne x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no fb a c k d r a u g h t f i r er e s e a r c hd i v i s i o n ，o f f i c eo f t h 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a o c e a n i as y m p o s i u mo nf i r es c i e n c e t e c h n o l o g y ，n e w c a s t l e ， a u s t r a l i a ，d e c 3 - 6 ，2 0 0 1 2 3 w e n g ，w g & f a n ，w ca ni n s p e c t i o nc r i t e r i o nf o rf l a s h o v e ri nc o m p a r t m e n t f i r e sb a s e do nc a t a s t r o p h et h e o r yj o u r n a lo f f i r es c i e n c e ，2 0 0 1 ，1 9 ：4 13 - 4 2 7 2 4 1 w e n g ，w q ，f a n , w , c ，w a g g ，qa & y a n g ，l z m o d e lo fb a c k d r a r p h e n o m e n o n i n b u i l d i n g f i r e sp r o g r e s s i n n a t u r a ls c i e n c e ，2 0 0 2 ，1 2 ：1 3 1 1 3 5 【2 5 w e n g ，wg & f a n ，wcn o n l i n e a ra n a l y s i so ft h eb a c k d r a f tp h e n o m e n o ni n r o o mf i r e s f i r es a f e t yj o u r n a l3 9 ( 2 0 0 4 ) 4 4 7 4 6 4 r 中国科学技术大学硕士学位论文第一章引言 2 6 w e n g ，w g ，f a n ，w c & h a s e m i ，y p r e d i c t i o no f t h ef o r m a t i o no f b a c k d r a f i 【i na c o m p a r t m e n tb a s e do nl a r g ee d d ys i m u l a t i o ne n g i n e e r i n gc o m p u t a t i o n s2 2 ( 2 0 0 5 ) 4 ：3 7 6 3 9 2 2 7 w e n g ，wg ，f a n ，wc ，q i n ，j & y a n g ，lz s t u d yo ns a l tw a t e rm o d e l i n go f g r a v i t yc u r r e n t sp r i o r t ob a c k d r a f t s u s i n g f l o wv i s u a l i z a t i o na n dd p i v e x p e r i m e n t si nf l u i d s3 3 ( 2 0 0 2 ) 3 9 8 4 0 4 9 中国科学技术大学硕士学位论文 第二章小尺寸吲燃实验裂置的介绍 第二章小尺寸回燃实验装置的介绍 2 1 引言和设计思想 实验是科学研究中最重要的研究方法之一，而根据实际情况减少研究对象的 尺度，建立小尺寸实验装置进行研究也是般采用的方法。所以我们希望可以利 用4 、尺寸腔体来研究建筑火灾中的回燃现象，事实上，文献中的研究结果表 明：回燃实验的尺寸效应并不明显，这为我们建立小尺寸回燃实验装置提供了有 力的依据。 小尺寸回燃实验装置的目标是重现液体燃料引起的回燃现象并研究回燃产 生的临界条件。它的设计思想是：在一个密封和隔热的腔体内，用油毓装有一些 液体燃料，通过点火装置点燃液体燃料并打开腔盖持续自由燃烧一段时间；然后 关闭腔盖，由于空气的补充不足，燃烧进入缺氧性燃烧状态，之前自由燃烧放出 的热量使得腔体成为一个高温环境，剩余的液体燃料在这个高温环境下挥发成