基于FDS的风扇舱双油池火温度变化特征

航空发动机燃油泄漏形成的油池火威胁发动机运行和飞机安全,为描述风扇舱内油池火复杂的物理传播过程,开展双油池火温度变化特征的研究。首先,基于火灾动力学模拟软件(FDS)建立CFM56-7B发动机风扇舱物理计算模型;然后,比较Trent 800发动机风扇舱单油池火温度计算值与试验值,验证网格独立性;最后,借助探测器和切片分析舱内双油池火的发展过程和温度变化特征。结果表明:双油池火温度在舱内环向上经历增加和振荡准稳态2个变化阶段,其变化幅度与探测器和油池的间距相关;油池火向左偏斜现象导致左半边温度较高;火焰在轴向上经历火羽流上浮、火焰开始融合、融合扩大和完全融合等阶段。

高高原受限空间内小尺度油池火燃烧特性试验研究

为研究我国高高原地区的受限空间内液体燃料小尺度油池火燃烧特性,在高高原康定机场自主搭建受限空间内油池火的试验平台。共选取3类典型液体燃料(航空煤油、航空汽油、正庚烷)进行燃烧试验,测量火焰高度、火焰温度和烟气成分等变化规律,研究了高高原受限空间内小尺度油池火行为。研究发现:在高高原地区,正庚烷稳定燃烧阶段的平均火焰高度可以通过模型L/D=k+0.254Q^(2/5)/D表示,其中,火焰高度与压力之间的关系式为L/D~p^(-2/9)。3种燃料的火焰最高温度均超过600℃,而羽流轴线温升与火焰高度呈现-5/3的指数关系。产烟速率则表现出对环境压力的依赖性,其关系可表示为:v~p^(-1/3)。

基于不同水质边界下油池火燃烧特性的实验研究

为解决使用原位燃烧法(ISB法)处理漏油时,不同水质边界对燃烧效率、除油效果产生的问题,分别对6~20 cm圆形直径油池火的燃烧特性进行实验研究。通过对3种水质边界下柴油池火的燃烧速率、火焰温度、火焰高度的对比分析,结果表明:不同水质边界下柴油池火燃烧可分为3个阶段:引燃阶段、稳定燃烧阶段和熄灭阶段。针对稳定燃烧阶段,由于水质边界的成分与相态不同,燃烧速率各有差异,其中海水边界下池火的燃烧速率最快,而冰边界远小于前两者,针对该现象建立传热模型进行分析,建立了适用于3种水质边界条件下预测火焰高度的数学模型。

柴油油池火功率特性

在一些柴油油池火实验数据基础上,分析了油池火的初期增长过程以及影响油池火燃烧的因素．油池火由引燃至开始稳定燃烧的增长过程分为两个阶段:第一阶段约占增长过程的1／3,可通过时间平方增长来近似,其增长系数介于0．12-0．28之间;第二阶段约占增长过程的2／3,也可用时间的二次曲线来模拟其增长过程．油池火的稳定燃烧速率和热释放速率随着油面面积的增大、通风条件的改善而增大,其燃烧效率介于0．68-0．85之间．

航空煤油池火焰高度特征研究

在燃烧风洞试验厅开展了无风和有风条件下的航空煤油池火燃烧实验，油池直径分别为0．15，0．20，0．30和0．60m，风速范围在0～3．5m／s．结果表明，不同直径油池均存在临界Ri^-1值，小于此临界值时，无量纲平均火焰高度随lnRi^-1的增加而线性减小，大于此临界值，无量纲火焰高度基本保持不变；随油池直径增加，临界Ri^-1值变大，稳定的无量纲平均火焰高度减少．理论推导了无风条件下火焰高度与油池直径、燃烧速率的函数关系，表明火焰高度Hf／D随Fc数的2／3次方变化，拟合给出了相关参数值，建立了无风条件下火焰高度的预测模型，并拟合建立了有风条件下池火焰高度的预测模型．

封闭空间油池火火焰振荡特性研究

在内尺寸为1m(长)×1m(宽)×0.75m(高)的无开口封闭空间进行了庚烷池火燃烧实验,重点研究了封闭空间内庚烷池火火焰的振荡行为特性,油池尺寸包括0.100,0.141,0.200和0.300m四种规格.实验发现,火焰根部面积的变化频率与火焰高度的振荡频率相等,在此基础提出了采用火焰根部面积的变化频率求取火焰振荡频率的方法,并应用于具有顶棚射流的封闭空间池火火焰振荡频率的确定.研究结果表明,在燃烧过程中油池火焰振荡频率波动较小,火焰振荡频率小于开放空间经验公式预测值,火焰振荡频率与油池直径的关系拟合结果为f=1.33D-0.5,且对无量纲关系式St=0.26Fr-0.532符合较好.

细水雾扑灭油池火的临界条件

通过模拟灭火实验发现细水雾灭火过程中由于雾特性参数的变化而形成两种相异的灭火过程,进而通过理论分析与计算得到了细水雾通过火焰冷却扑灭油池火所需的临界条件,并通过实验室尺度实验与全尺度实验对计算结果进行了验证．在实验中还发现对于下喷式系统而言,细水雾能否穿透烟气羽流层对于细水雾系统能否灭火具有至关重要的影响,为此引入了烟气羽流与细水雾的推力比这一概念,并通过实验确定了采用下喷方式时,细水雾灭火的临界推力比大致为10．

压缩空气泡沫熄灭油池火的有效性

利用自行开发的压缩空气泡沫灭火系统,研究了泡沫溶液浓度、喷头高度、混合腔前端结构及工作压力等因素对灭火有效性的影响规律.实验发现,泡沫溶液的浓度对灭火速度影响很大,并且存在一个最佳的灭火浓度区间:2.2%～3.0%;同轴混合腔的灭火效果明显好于T型混合腔,在实验浓度范围内,平均灭火时间T型的比同轴型的长49.7%;灭火时间随着喷头高度的增加呈二次函数的趋势增长;增大工作压力可有效加快压缩空气泡沫对油池火表面的覆盖速率,同时灭火时间随着工作压力的增大而缩短.

油池火中细水雾强化火焰现象的研究

细水雾与油池火相互作用之初往往会使燃烧剧烈,强化火焰。实验研究与理论分析表明,雾滴在可燃物表面蒸发是造成这种现象的主要原因。通过改变燃料种类、喷头雾特性参数等实验工况发现火焰强化程度主要决定于燃料的挥发性以及雾滴的直径、速度等参数。而在油盆中加水后燃料表面温度降低、火焰功率下降,火焰强化现象随着加水量的增加而逐渐弱化乃至消失,细水雾系统的灭火时间也明显缩短。

西藏低压环境对油池火火焰形状的影响

通过拉萨和合肥两地开展相同尺寸的甲醇和汽油油池火燃烧实验,研究了两地油池火燃烧特性参数的不同,分析低氧低压条件对于燃烧特性参数的影响机理.研究发现,在燃料类型和尺寸相同的情况下,燃料在拉萨的失重速率比合肥慢,产生的CO浓度更高;采用火焰图像分析对两地火焰图像进行处理,发现相同小尺寸的油盘燃料燃烧,拉萨火焰面积比合肥要大,火焰宽度比合肥要窄,平均火焰高度比合肥要高;通过实验数据拟合出适合在高原低氧低压环境下的平均火焰高度公式.

矩形油池火羽流中心线的温度分布

开展了不同火源形状因子(1≤s≤3)的较大功率矩形油池火实验,测量了燃料的质量损失速率,借助编制的图像分析程序处理实验视频得到了连续火焰最大高度(Lc)和火焰最大高度(Lm).将Hasemi羽流中心线温度修正模型的理论预测值和实验值进行了对比,结果表明,随着s的增大,Hasem i理论模型预测值呈现增大的趋势,s=1时,理论预测值和实验值比较接近,两者无明显差异性;s=1.33和s=3时,理论预测值和实验值的变化趋势一致,但两者的总体偏差超过5%.

公路隧道压缩空气泡沫系统灭油池火实验研究

为研究压缩空气泡沫与4.65 m2汽油池火作用过程中隧道内温度、热辐射强度、高温烟气等的变化规律,采用30 m×6 m×6 m公路隧道实验模型,考察公路隧道压缩空气泡沫系统对油池火的灭火性能。结果表明:在供给强度为5.1 L/(min·m2)、气液比14∶1条件下,公路隧道压缩空气泡沫系统对于汽油池火具有优异的控灭火能力,控火时间为21 s,灭火时间为27 s,且泡沫性能稳定,抗复燃能力强;压缩空气泡沫对于隧道内高温烟气层扰动很小,不会导致高温烟气下降到隧道下部,故不影响人员逃生疏散;在压缩空气泡沫作用下,隧道顶部及侧壁100℃以上高温持续时间均不超过150 s,并且可在30 s内将油池火周围的热辐射强度降至安全范围。

顶棚开口受限空间油池火火焰振荡模式研究

用火焰序列图像分析方法,对具有顶棚开口的受限空间内的油池火火焰振荡模式进行了实验研究.实验观察到顶棚开口受限空间内油池火的火焰具有两种可以相互转化的振荡模式.在第1种火焰振荡模式下,根部火焰周期性膨胀与收缩,产生向上传播的蘑菇状火焰和较大的火焰高度波动;第2种火焰振荡模式根部火焰平稳,上部火焰会弯曲并左右摆动.火焰图像相关系数能定量地区分这两种振荡模式.第1种火焰振荡模式下火焰振荡频率比第2种稍大.

受限空间油池火燃烧特性的实验研究

通过理论分析和实验研究的方法来研究油池火在受限空间的燃烧特性。初步总结了受限空间油池火燃烧的特性及其规律,给出了在实验条件下油池火在受限空间和开放空间燃烧速率以及燃料吸收热量的差异。讨论了通风条件和油池燃烧面积以及通风口高度对于燃料的燃烧速率的影响,初步确定了受限空间中油池火燃烧速率与油池面积、通风因子的关系。

有风条件下航空煤油池火燃烧特性的实验研究

在全尺寸热释放速率实验台的基础上,搭建有风条件池火实验平台,开展了不同风速条件下的航空煤油池火燃烧实验,实验所用正方形油盘的边长分别为0.2m、0.3m和0.4m,风速范围为0 m.s-1至4.99 m.s-1。实验结果表明,风速为0 m.s-1时航空煤油池火的燃烧速率随油盘尺寸增大而单调递增,实验值与理论值的差距随风速增大而减小。实验所得.m″windy/.ms″till与v/D呈线性关系,与前人结论一致,但实验所得参数与前人值不同。同尺寸油盘池火的热释放速率峰值来临时间随风速增大有减小的趋势;不同尺寸油池火的燃烧速率随风速增加而单调递增。对不同尺寸油池火的热释放速率峰值随风速的变化规律作了讨论。

不同类型压缩空气泡沫灭隧道油池火性能比较

通过模拟隧道油池火灭火实验,研究自主研发的隧道用A类泡沫灭火剂和AFFF泡沫灭火剂对4.65 m^2汽油池火的灭火性能,分析灭火机理。结果表明,在供给强度为5 L/(min?m^2)、气液比14/1条件下,压缩空气泡沫系统结合A类泡沫灭火剂或AFFF泡沫灭火剂的灭火时间均不超过30 s,泡沫稳定,不发生复燃。压缩空气AFFF泡沫的控灭火时间比压缩空气A类泡沫少30%,但压缩空气A类泡沫稳定性更好,其25%析液时间约是压缩空气AFFF泡沫的1.5倍。压缩空气AFFF泡沫兼具泡沫和水膜双重灭火作用,而压缩空气A类泡沫仅依靠泡沫灭火;不同类型压缩空气泡沫对于隧道内高温烟气层扰动都很小,不影响人员疏散。

高原与平原地区油池火燃烧特性对比试验研究

为研究高原环境液体燃烧时火焰特性参数与平原地区的差异,在拉萨和合肥进行了汽油油池火燃烧试验。结果表明,在燃料类型和油盘尺寸相同的条件下,两地汽油和柴油的质量燃烧速率之比等于大气压力之比,且高原地区的汽油火火焰比平原地区细长。随着高度的增加,高原地区羽流中心温升的下降幅度减小,且幅度小于平原地区。相同燃烧速率下,高原地区小尺寸油盘的油池火高度和中心温度大于平原地区,McCaffrey羽流温升公式不适用于计算低压环境下小功率火源。研究表明,由于氧气含量和压力的不同,高原地区燃料的燃烧特性与平原呈现不一样的规律。进一步研究环境压力对燃料燃烧特性的影响规律,可为研究高原火灾发展规律及火灾防治技术提供理论指导。

双流体细水雾抑制熄灭油池火的实验研究

在3 m×3 m×3 m的受限空间内使用双流体细水雾喷头进行了灭油池火的有效性实验,实验所用的燃料试样为柴油,雾化气体为氮气。实验中使用热电偶测量火焰温度的变化,使用烟气成分分析仪测量气体组分体积分数的变化。实验结果表明:由于雾化气体的介入,双流体细水雾的灭火过程和灭火机理与单流体细水雾有所不同;双流体细水雾在一定的压力下存在最佳的灭火水流率,在此水流率下灭火时间最短。

西藏高原环境下油池火的燃烧速率和振荡频率

通过拉萨和合肥两地开展相同尺寸的甲醇油池火燃烧实验,研究了高原油池火燃烧特性参数与平原的不同以及具体的影响机制.研究发现,在燃料类型和燃烧尺寸相同的情况下,燃料在拉萨的质量燃烧速率比合肥慢;基于火焰图像分析,用MATLAB编程对两地火焰图像进行处理,确定了在相同尺寸的油盘下,由于受低氧低压条件的影响,拉萨火焰面积比合肥要大,火焰高度比合肥要高,在拉萨火焰振荡频率比合肥要快;通过实验数据拟合出适合高原低氧低压环境下的火焰振荡频率公式.

基于CFD的开放空间油池火燃烧速率和热辐射研究

采用混合组分燃烧模型和有限体积辐射模型,通过液体表面蒸发模型对液态燃料和火羽流进行耦合,建立开放空间油池火模型。利用CFD方法分别对不同直径的庚烷油池火进行模拟,研究其燃烧速率、热释放速率随直径的变化以及火焰中轴上的温度和单位体积热释放速率(HRRPUV)分布,并得出油池表面的热辐射反馈以及油池外部水平和垂直方向的热辐射强度分布规律。部分模拟结果与实验进行对比,验证该模型的适用性和有效性。