低气压环境对液体池火诱导火羽流及顶棚射流的影响机理研究

1、低气压环境对液体池火诱导火羽流及顶棚射流的影响机理研究由于环境压力对燃烧过程中的物理和化学反响有着显著的影响 , 低压下的火 灾现象在最近引起了越来越多的关注。我国拥有四大高原 , 覆盖了大约 1/3 的国 土,特别是青藏高原，其平均海拔高度超过4500 m,并且拥有数量众多的古建筑。高原上的低压环境导致了不一样的火灾特点 , 因此 , 也需要更加实用的理论 支撑来开展相应的防火和灭火技术。此外 , 全球蓬勃开展的航空业也为识别和抑 制航空运输中潜在的火灾危险性提出了新的挑战 , 因为货物在运输过程中通常都 处于低气压环境。同时,在高高原地区海拔大于2438 m也相继建设了一批机场,其中我国

2、就有超过 12 个高高原机场 , 这些场所内航空燃油的火灾危险性也需要进一步关 注。明确了压力不同导致的燃烧行为的不同 , 将会对高原和航空环境下的防火提 供有效的指导。在研究低压对火灾行为的影响中 , 最常用的两种模拟低压环境的方法就是高 原实地或者是采用压力可控的低压实验舱。 为了研究低压舱能否真实地模拟高原 环境以及低压实验舱的应用范围 ,本文分别采用了这两种实验方法 ,开展了不同 油盆尺寸的正庚烷池火 , 比照分析了两者在燃烧强度、火焰形态以及轴向羽流分 布等参数上的区别。结果发现：仅对于直径612 cm的池火，低压舱实验可以较好地模拟准稳态 阶段的燃烧强度 ;所有工况条件下 ,火焰形

3、态均存在差异 ,低压舱实验的火焰细长 度较高;在考虑压力影响的情况下 ,准稳态阶段的轴向温度分布与经典的火羽流 理论符合较好，而对14 cm的池火,实地实验和低压舱实验的羽流温度表现出明显的差异。基于上述的结论，在低压舱内开展了直径610 cm的正庚烷池火实验 实验在四种静态压力下进行 ,分别为 101、80、60、40 kPa质量燃烧强度主要由对燃料的热传导、对流和辐射热反响决定 , 分析说明 , 对流项是燃料汽化的主要热源。当油盆直径为6 cm时,建立了新的理论模型解释 燃烧强度与环境压力的依赖关系。视频记录显示 , 火焰高度随压力下降而上升 , 无量纲分析结果与实验现象相 符。为了进一步

4、验证压力模型和辐射模型在低压下的适用性 , 在高原实地开展了 一系列较大尺寸的池火实验 , 实验采用三种不同碳烟水平的燃料 , 包括乙醇、正庚 烷和航煤 , 每组实验均记录了质量损失、辐射温度分布和辐射热流三个参数。从对实验数据的分析看出,无量纲燃烧强度m卩/D与Gr数存在指数关系, 且指数因子随着燃料碳烟水平的上升而上升。关系式z (P/Q) 2/5 n可用于拟合轴向羽流温升 , 修正的分界线 0.42 和 1.06 可以很好地划分三种燃料池火 的火焰区、间歇区和羽流区。此外, 随着燃料发烟水平的下降 , 其火焰温度呈上升趋势 , 而辐射热流值那么相 应下降。不同燃料的辐射热流均正比于 Lm

5、Tf5，并且在低压条件下碳烟体积分数 随着燃料发烟水平的下降而下降。为了研究火焰触及顶棚情况下不同顶棚高度对池火燃烧行为的影响 , 利用缩 小尺寸的锥形量热仪在顶棚高度 Hef/D=0.43 2.5 下开展了一系列正庚烷池火 实验, 定量分析了燃烧强度、燃烧产物浓度及燃烧效率等典型参数。研究结果表 明, 随着顶棚高度的持续下降 , 燃烧强度首先在 Hef/D=1.38 上升到最大值 , 然后 下降, 呈现出抛物线变化趋势。燃烧产物CO和CO2勺最大浓度表现出与燃烧强度相似的变化规 律,然而CO总产生量随着顶棚高度的下降单调上升。另外,碳转化率与燃烧效率 求得的结果相类似 , 它们均呈抛物线变化规律。除此之外 , 还在高原地区开展了一系列不同油盆尺寸、 不同燃料的池火实验 , 实验在水平非受限顶棚下方开展 ,研究顶棚下方的最大温升 ,实验结果说明 , 高原 上顶棚下方最大烟气温升比 Alpert 模型的预测值要高很多。考