红外热成像方法测量火旋风温度的实验研究

应用热成像方法获得了火旋风特有的物理现象 ,火焰的大高度直径比 ;并将细水雾作用于火旋风和油池火实验 ;相同的雾通量作用下 ,火旋风能被熄灭 ,油池火却不能被灭掉。由此而对细水雾作用于火旋风的机理进行了讨论 ,对于不同物理形态的火焰 ,细水雾灭火的有效性不同。

细水雾抑制火旋风的实验研究

应用热成像方法测取了火旋风,发现了火旋风大高度直径比的特有物理现象;将超细水雾作用于火旋风和油池火,应用三维LDV/APV(laserdopplervelocimeter/adaptivephasevelocimeter)系统对火旋风流场进行了测量,发现在相同的雾通量作用下,火旋风能被熄灭,而油池火却不能被灭掉。通过对细水雾作用于火旋风机理的讨论发现,对不同物理形态的火焰,细水雾灭火的有效性不同,从而为细水雾抑制、熄灭火旋风火灾机理的研究提出了一种有效的实验方法。

外加环量作用下单油盘火旋风实验研究

利用半开放式火旋风实验装置开展了三种直径的油盘和三种外加环量的火旋风实验,应用Origin软件对数据进行分析并对比普通池火,得出不同尺寸油盘和环境流场参数条件下火旋风的火焰高度、质量燃烧速率的变化规律。提出火旋风质量燃烧速率、火焰高度的半经验线性关系式,分析预测模型与前人不同的原因。

基于不同风速下火旋风的数值计算及特性分析

基于大涡模拟(LES)技术,对不同风速下的火旋风进行数值模拟。运用最小二乘拟合方法研究不同风速下火旋风的中心漂移角速度的变化,其结果表明:随着风速的增加,中心漂移角速度的变化规律遵循某3次方多项式变化趋势,发现存在某一临界风速(3.18m/s)对火旋风中心漂移角速度的变化速率有较大影响。同时,对热量释放率及火焰温度场进行分析,认为随风速的增加,热量释放率逐渐增加且波动逐渐减小,火焰温度场分布梯度逐渐增加,高温区分布呈现连续纺锤面分布形式。

某船舶机舱火灾数值模拟中的火旋风及其危害性分析

采用大涡模拟方法对一条双机双桨船舶机舱火灾进行数值模拟。探讨了火旋风在船舶机舱火灾中的存在性。运用最小二乘拟合方法研究了机舱火灾中火旋风的中心漂移角速度。结合火旋风的性质及中心漂移角速度对燃料释放率、火焰蔓延和温度场分布进行了分析,认为局部火旋风的产生对机舱火灾所起的作用较大并指出其危害性。同时对该类船舶设计及结构防火提出了建议性的措施,为船舶防火规范的修订提供了参考。

三维LDV测量火旋风的实验研究

应用三维激光多普勒测速计LDV（Laser Doppler Velocimeter）系统,通过观察和测量火旋风的卷吸的现象,对火旋风速度场进行了有效的测量,获取了火旋风的径向速度、切向速度和轴向速度等特件参数,深化认识火旋风的卷吸机理;用热成像和热电偶方法采集得到了火旋风的温度场的结构和形状。为下一步进行火旋风卷吸的现象的实验研究打下了良好的基础。

不同来流下火旋风的实验研究

已有的实验研究和数值模拟表明:火旋风存在一种中空燃烧的状态。本文通过燃烧风洞,对不同来流影响下的火旋风进行分析研究。通过一个置于大型燃烧风洞中的边角开有切向进风口的六边形小尺寸火旋风发生模型,应用热电偶测温和皮托管测速以及电子数据采集系统,对该模型内的温度分布数据和速度分布数据进行采集。通过燃烧风洞改变来流速度的大小,分析不同来流速度下火旋风内部的温度分布、速度分布和持续时间,研究来流速度对火旋风内部燃烧结构的影响、火旋风旋转速度的影响以及持续时间的影响。研究表明:来流改变了火旋风内部的燃烧结构,促进了中空燃烧状态的形成。中空燃烧状态有一个中心的低温区域。在中心低温区域温度最低时,火旋风持续时间最长。来流增强了火旋风的整体转动,并且加剧了火旋风的螺旋状上升。

基于FDS的不同狭缝火旋风模拟研究

研究用Pyrosim火灾模拟软件基于FDS模拟不同狭缝宽度对火旋风的影响。选取狭缝宽度分别为80、200、320、450mm进行模拟,并利用Tecplot360软件绘制出温度等值线图,进行分析比较。结果表明:狭缝宽度为80mm时热释放速率最大,320mm时热释放速率最小;450 mm时温度最高,80mm时温度最低;450mm时火焰高度最高,80mm时火焰高度最低且是间歇火旋风;450mm时最先形成火旋风,200mm时最后形成,80mm除外。从计算机模拟图片及绘制的等值线图中可以看出火旋风形成的位置,其移动方向为逆时针方向。

小尺寸方形竖槽道火旋风的实验研究及火焰特征

为进一步研究火旋风机理,在实验室条件下进行了小尺寸方形竖槽道内的火旋风实验.通过观察实验现象,发现在该槽道内形成的旋转火焰在竖直方向上有明显的分界,根据火焰特征将其在高度上分为3个区域.在匀速旋转坐标系下,对该物理现象进行了深入分析,得出火旋风稳定时旋转火焰的动量方程,进一步分析得到旋转火焰最大轴向速度取决于旋转火焰中心和外围热空气的温度差以及旋转火焰顶端的第3区域火焰长度.同时还得到旋转火焰最大周向速度与最大轴向速度的关系,其取决于油盆半径和旋转火焰顶端主要受浮力作用的火焰长度.

建筑物内火旋风中心飘移的探讨与研究

火旋风是火灾中一种较为特殊的火行为 ,是火灾安全研究的一个重要内容。针对建筑物内火旋风的行为进行研究 ,提出了一种用于描述和表征建筑物内火旋风中心飘移的分析方法。结合此方法 ,应用大涡模拟技术对火旋风中心飘移现象进行了数值模拟研究 ,得到了火旋风中心飘移的平均角速度、温度峰值、高温中心位置等重要参数。

火旋风的模拟实验研究

模拟火旋风的实验研究 ,应用热成像方法获得了火旋风温度场的结构 ,测量得到火旋风火焰特有的大高度直径比的物理现象 ;火焰高度比相同燃料 ,油液面积的油池火高度高 ,直径比油池火直径小。火旋风的切向速度比油池火大 ,卷吸效果好 ,可用这一特点来研究熄灭火旋风的火灾。对火旋风火灾机理的研究提出了一种有效的实验方法。

油盘直径和高度对火旋风特征影响的试验研究

为考察油盘直径和高度对航空煤油火旋风特征的影响,利用四面边墙夹缝式火旋风试验装置,对地面到0.8 m高度,直径0.1,0.15和0.2 m池火形成的火旋风进行试验研究。首先利用Rankine涡理论,分析质量燃烧速率和速度环量的定量关系,探讨火旋风的气动平衡机制;再由电子天平记录的燃料质量随时间变化曲线,得到准稳定阶段火旋风质量燃烧速率;利用摄像机记录的火焰连续图像,获得火焰时平均高度。理论分析表明,就给定半径的油盘而言,在假定涡核半径与油盘半径之比不变的情况下,质量燃烧速率与速度环量成线性关系。分析试验数据发现,无量纲质量燃烧速率及无量纲火焰高度随无量纲油盘高度的增加均呈现负指数递减趋势,并逐渐趋于相近的常值。

单侧缝竖形槽道内的火旋风中心区域特性

火旋风的本质是一种有燃烧反应的有旋流动,为了进一步了解其发生机理,采用大尺寸的(2.0 m×2.0 m×15.0 m)火旋风发生装置进行了实验.该装置为单侧缝、底部有小开口的竖形槽道,并采用大涡模拟技术对底部有3个小开口的情况进行了数值模拟,还分别对底部无小开口、底部有三侧全打开、有1个和2个小开口的情况进行了数值模拟研究.得到了除在底部三侧全打开时没有火旋风形成,其他情况皆能形成火旋风的结果.在能形成火旋风的情形下,得到了火旋风的中心温度和轴向速度随高度的分布规律,同时发现火旋风的旋转中心偏离几何中心以及火旋风的火焰顶端不连续的特征.

竖形槽道模型中火旋风的发生与旋转规律研究

火旋风是森林火灾中经常发生的一种特殊火行为。作为一种复杂的包含化学反应的有旋流动,火旋风在不同的可燃物种类和物理条件,以及不同的环境流场条件下,会表现出复杂的动力学特征。本文设计了一个在边角对称开有缝隙的六棱柱体火旋风发生装置,探讨了火旋风特征参数的测量方法,实验模拟了火旋风的发生与发展,对火旋风的温度分布、速度和燃烧时间随燃料和环境条件的变化规律进行了比较分析。

竖通道内火旋风中轴线羽流温度特性

为掌握竖通道内火旋风热流场温度特性,利用数值模拟方法对竖通道内火旋风中轴线上温度进行研究.通过将数值模拟结果和实验数据对比,验证了构建的数学模型对有侧开缝的竖通道内火旋风中轴线上温度模拟的准确性;基于Mc Caffrey油池火羽流温度分区思想,发现竖通道内火旋风羽流温度可被近似为3个被纵向拉长的区域;通过对结果的数据拟合得到了适用于竖通道内火旋风中轴线上羽流温度计算公式的各分区高度及公式中相应系数值.

火旋风的三维数值模拟

本文主要通过数值计算的方法来研究火旋风这一火灾过程中特殊的物理现象,通过对已经过验证的火旋风发生物理模型的分析,经过简化和改进,并应用有限体积元法对所得到的一组控制方程进行求解,研究了火旋风内部的温度场分布,以及不同的进气速度对火旋风内部温度场的影响,进而对火旋风的产生过程进行了分析。

小尺度火旋风临界环量数值模拟与特性分析

为奠定中大尺度火旋风成型临界环量理论及实验基础,规避火旋风的生成和威胁,基于6壁面强制诱导火旋风发生装置,采用大涡模拟技术,开展小尺度火旋风成型临界环量数值模拟研究。通过数值模拟计算小尺度火旋风的临界环量,采用线性拟合提出小尺度火源火旋风的临界环量与火源尺寸的关系式,得到特定单位面积热释放速率条件下,小尺度火旋风的临界环量Γ与火源尺寸l成Γ=0.465 8+0.081 29l的线性关系。通过旋风速度参量分析,得到火旋风切向速度沿径向方向从涡核中心到涡核半径处近似线性增加到最大值并沿涡核半径外缓慢下降,切向速度沿高度方向先增大后减小等变化规律,发现火旋风切向速度与Rankine涡模型相符。

基于FDS小型可控火旋风试验与数值模拟

为了研究火旋风与池火火焰形态、温度变化之间的差异,利用设计自制的旋风罩小型火旋风发生装置,通过室内正庚烷燃烧试验和FDS数值模拟两种方式,对比分析火旋风与正常池火的火焰形态、温度变化、燃烧速率。研究表明:旋风罩的特殊构造使气体在其中可以形成均匀稳定的旋转流,易于形成火旋风;火旋风火焰燃烧形态比普通油池火剧烈稳定,火旋风的火焰高度和火焰稳定区域均比普通油池火火焰大。

CO_2和ABC干粉灭火剂扑灭火旋风火焰实验对比分析

为了分析2种灭火剂扑灭火旋风效果,采用实验室自制装置生成稳定的火旋风火焰,喷射CO_2或ABC干粉灭火剂,获取火焰温度场及光电信号数据。研究结果表明:在CO_2灭火剂或ABC干粉灭火剂作用下火旋风火焰温度场呈"下凹"型指数衰减;受灭火剂喷射位置影响,火焰根部、中部及顶端不同区域的灭火剂影响系数不同;基于火焰降温速率和光信号变化,相较于CO_2灭火剂,对火焰起抑制作用的ABC干粉灭火剂降温效率更高、扑灭效果更好。

火旋风环境中飞火颗粒的上升行为研究

将火旋风流场分为火焰区和羽流区,采用数值模拟方法建立了球形飞火颗粒在火旋风火焰区和羽流区的上升轨迹模型。模型结合颗粒动力学方程和燃烧模型,模拟了飞火颗粒在火旋风环境中的上升行为,提出了飞火颗粒在火旋风流场中上升的临界条件,建立了飞火颗粒在竖直方向上升轨迹的计算方法。结果表明,在火旋风中能够上升的飞火颗粒的直径和密度之积应小于临界值,燃烧对于颗粒的上升行为有很大影响。相对于不燃烧颗粒,燃烧颗粒上升更高,速度更快。