基于PFI+DI的CNG发动机燃烧特性研究

建立天然气发动机三维模型,采用甲烷PFI+DI喷射方式,研究不同喷射参数与点火匹配条件下的燃烧模式,分析了三种燃烧模式下的火焰传播、火焰结构以及发动机指示热效率。结果表明:喷射与点火间隔小于12℃A时,会形成烟羽点火火焰形态,当喷射与点火间隔大于12℃A小于48℃A会形成浓度分层火焰形态,当大于48℃A时会形成预混火焰形态;烟羽点火的火焰传播速度明显高于另外两种燃烧模式;当燃气后喷时,在气流的作用下会与原来的混合气形成浓度分层;在三种燃烧模式下,通过多次调整喷射与点火方案,当喷射时刻为10℃A BTDC,点火时刻为4℃A BTDC,形成的火焰形态为烟羽点火形态,指示热效率高于另外两种燃烧模式,发动机指示热效率最高可达49.45%。

多喷管液体火箭动力系统尾焰冲击特性研究

为深入研究多喷管液体火箭动力系统尾焰冲击特性,以由多喷管液体火箭动力系统构成的发射平台为研究对象,采用三维N-S方程描述尾焰冲击流动过程,采用Realizable k-ε湍流模型封闭流动方程组,并运用压力的隐式算子分割(PISO)算法进行求解,得到了火箭动力系统尾焰对不同导流面导流槽的冲击流场参数。结果表明:导流面上受冲击影响最大的是沿喷管轴线方向的正冲击区域,且助推器尾焰对导流面的冲击效应相比于芯级更加强烈。锥形导流面对多喷管动力系统尾焰具有很好的引射和导流作用,相比于楔形导流面更能降低尾焰的冲击影响,但会在流场中形成漩涡并卷吸高温燃气,可能对发射系统造成破坏,需要增加相应的热防护措施。

垂直竖井中烟囱效应诱导火羽流结构的简化模型研究

本文基于质量、动量及浮力方程和一系列全尺寸实验,得到了竖井中由于烟囱效应诱导产生的倾斜火羽流结构简化模型。结果显示,火羽流结构呈对称形态,并且火羽流迎风面与背风面距离与高度呈线性关系。与隧道内的倾斜羽流不同,随着受迫卷吸作用被强化(外加来流速度增加),隧道内的火羽流倾斜角度增加;但是在垂直竖井中,由于烟囱效应导致的主动卷吸作用,迎风侧的羽流倾斜角度基本维持在50度到60度之间。

侧墙结构多窗口羽流火焰的数值模拟分析

目的探究侧墙结构对横纵向多窗口羽流火焰及其融合的影响,分析在侧墙上设有窗口条件下羽流火焰的温度分布情况,为同类高层建筑外部火蔓延的防控提供参考依据.方法采用火灾动态仿真模拟软件Pyro Sim对侧墙上设有窗口的建筑类型进行火灾模拟,通过对所设置工况的数值模拟研究,分析窗口温度曲线及温度等温线,并引入危险温度T、T1及T2.结果横向相对两窗口及纵向相邻两窗口的羽流火焰未互相融合;横纵向四窗口、纵向相邻三窗口及横纵向六窗口的羽流火焰能够相互融合,危险温度高度比单窗口提升了4~9 m;单侧纵向多窗口的危险温度能够影响到对向侧墙外立面.结论侧墙结构引起的烟囱效应与羽流火焰相互作用,提升了危险温度高度;单侧纵向多窗口羽流火焰融合后的危险温度能够危及对向侧墙.

侧墙结构纵向多窗口羽流火焰融合的数值模拟

为了给高层建筑外部火蔓延防控提供参考,利用火灾动态仿真模拟软件PyroSim对无侧墙建筑的纵向多窗口羽流火焰与侧墙建筑的纵向多窗口羽流火焰进行了数值模拟,并改变侧墙长度,引入危险温度T=540℃、T1=350℃及T2=250℃,综合分析窗口温度曲线及等温线数据。结果表明：纵向多窗口羽流火焰产生相互融合现象,无侧墙建筑纵向相邻两窗口与三窗口的危险温度高度相似,比单窗口的危险温度高度提升了2.5-3.0 m;侧墙结构引起烟囱效应的作用效果与侧墙的长度呈正比,侧墙长度为3.6 m时,纵向多窗口的危险温度高度与无侧墙建筑相比,对T1和T2,高度提升了2.0-2.5 m,而对T,高度的影响较弱,羽流火焰的形状在纵向被拉长。

侧墙建筑羽流火焰高度计算公式及其影响因素研究

研究有侧墙的凹字型建筑纵向相邻多窗口羽流火焰的融合机理,定义危险温度T、T1及T2,得到危险温度高度与各影响因素之间的实用计算公式。采用软件PyroSim对不同结构因子、窗口尺寸、火灾荷载密度及纵向窗口数量等因素影响下的火灾建筑模型进行数值模拟,并根据模拟所得数据绘制窗口温度曲线与温度分布等温线。结果表明：结构因子与烟囱效应的影响程度呈正相关;作为对高层建筑外部火蔓延起决定性作用的T1和T2,其高度在纵向相邻两窗口比单窗口提升了0. 3-6. 1 m,纵向相邻三窗口比纵向相邻两窗口提升了0. 0-4. 5 m;分析模拟数据,参考前人研究成果,得到危险温度T1和T2高度的实用计算公式。

多窗口羽流火焰高度计算公式及其影响因素

目的研究高层建筑纵向相邻多窗口羽流火焰的融合机制,引入危险温度T、T1及T2,分析危险温度高度与各影响因素之间的变化规律.方法采用软件PyroSim对不同窗口尺寸、火灾荷载密度以及纵向窗口数量等因素影响下的火灾建筑模型进行数值模拟,并根据模拟所得数据绘制窗口温度时间历程曲线与纵向温度分布等温线.结果纵向相邻多窗口羽流火焰出现了融合现象;危险温度T1和T2所处高度在纵向相邻两窗口比单窗口提升了2. 1～4. 0 m,纵向相邻三窗口比纵向相邻两窗口提升了0. 05～0. 8 m.结论纵向相邻两窗口羽流火焰的危险温度T1和T2所处高度与纵向相邻三窗口相似,对于同类型的高层建筑外部火蔓延的防控,考虑纵向相邻两窗口的危险温度分布即可满足要求.

自动喷淋系统对羽流火焰高度影响的数值模拟研究

目的研究自动喷淋系统对窗口羽流火焰高度的影响,揭示羽流火焰与喷水强度之间的变化规律,为高层建筑防火隔离区高度的设置提供理论基础.方法利用火灾动态模拟软件PyroSim对有自动喷淋系统的窗口羽流火焰进行数值模拟研究,改变喷水强度,引入危险温度T=540℃、T1=350℃及T2=250℃,综合分析窗口温度曲线及等温线数据.结果自动喷淋系统能有效降低窗口羽流火焰高度,喷水强度分别为6 L/(min·m2)、7.5 L/(min·m2)、9.2 L/(min·m2)和10.9 L/(min·m2)时,单窗口危险温度T的高度与无自动喷淋系统相比降低了1.2~1.6 m,危险温度T1的高度相比降低了0.61~1.43 m,危险温度T2的高度相比降低了0.38~1.56 m.结论随着喷水强度的增加,羽流火焰高度明显降低;喷水强度能够抑制羽流火焰融合,故自动喷淋系统对于此类高层建筑外部火蔓延可以起到防控作用.

基于助推段红外辐射特性的SBIRS探测能力分析

天基红外系统(SBIRS)是美导弹防御系统的重要一环,能对助推段的进攻弹进行预警和弹道预报.在红外探测器工作原理的基础上,建立了主动段发动机喷管辐射、蒙皮辐射、尾焰辐射和背景辐射的模型,推导了总辐射亮度的计算公式,分析了SBIRS的探测距离.

马蹄焰池窑内的火焰长度

提出了对马蹄焰池窑内最佳火焰长度的要求。介绍并分析了火焰长度对窑内温度(火焰空间温度、液面温度和窑顶内表面温度)及对窑池内液流影响的数值模拟的结果。

喷头位置对羽流火焰高度影响的数值模拟研究

目的研究喷头位置对窗口羽流火焰高度的影响,揭示羽流火焰高度和喷头位置之间的变化规律,为高层建筑多火焰融合作用下的外部防控技术提供理论依据.方法采用火灾动态模拟软件PyroSim对房间不同位置放置喷头的火灾模型进行数值模拟,通过对所设置工况的模拟研究,分析窗口温度曲线及温度等温线,并引入危险温度T、T 1及T 2.结果喷头位置明显影响窗口羽流火焰高度,喷头分别放置在距窗口2 m、3 m处和距火源中心2 m、3 m处与放置在距窗口1 m处相比,窗口羽流火焰T的高度提高了0.38~1 m,T 1的高度提高了0.2~0.38 m,T 2的高度提高了0.21~0.32 m.结论随着喷头位置距窗口和火源中心的距离增大,羽流火焰高度明显提高,但由于火源位置的随机性,实际安装中无法预知火源位置,故建议选择喷头位置距窗口1 m处,即易于安装,又能有效降低羽流火焰高度.

钾盐消焰剂对改性双基推进剂羽流电子密度影响研究

系统分析了钾盐消焰剂(KNO_3、K_3AlF_6和有机钾盐KD)对具有不同固体填料、含能添加剂、氧系数、催化剂及Al粉含量的CMDB推进剂羽流电子密度的影响规律。结果表明:钾盐消焰剂对羽流电子密度影响最大,其数值比基础配方高4个数量级以上,含DNTF(3,4–二(硝基呋咱基)氧化呋咱)、CL–20(六硝基六氮杂异伍兹烷)、Al粉的羽流电子密度比基础配方高1~2个数量级;KNO_3使配方体系羽流电子密度增大,而KD和K_3AlF_6使羽流电子密度减小。

横流作用下天然气火焰结构分区及热参数研究

集中排烟隧道具有纵向通风和集中排烟等优点。随着交通运输业的不断发展,集中排烟隧道已广泛应用于长大隧道设计中,隧道内火源局部热参数的变化规律研究一直是人们关注的焦点。文章基于集中排烟隧道系统设计,围绕火源局部热参数,针对天然气火灾,通过数值模拟研究,探索15种工况横流作用下火羽流轴线偏移轨迹、火焰结构分区及顶板下方烟气最大温升。结果表明:模拟火焰与自由火焰结构的分区规律类似,但分区转折点随火灾强度增大而减小;等效风速对火羽流轴线温升有显著影响;引入风速修正,回归整理可得到3个分区轴线温升的无量纲准则关联式;顶板下方烟气最大温升随等效风速增大而减小,且模拟结果与实验结果的变化规律具有相似性。

矩形火羽流燃烧特征的实验研究

针对矩形火羽流的燃烧特征进行了实验研究,着重分析了火源长宽比的影响.结果表明:矩形火羽流的火焰高度受到火源长宽比和热释放速率的耦合影响.基于空气卷吸理论推导了火焰高度的预测表达式,可以计算不同热释放速率和长宽比下的火焰高度.矩形火羽流的轴向温度分布整体上类似于经典的火羽流温度分区规律.相同热释放速率下,连续火焰区的峰值温度随长宽比的增加先增后减,而羽流区的温度衰减速率随长宽比的增加而降低.

火焰羽流区细水雾利用效率及控制研究

为提高细水雾的灭火效能,研究细水雾对火焰的冷却性能。建立火焰区细水雾的运动、传热与传质模型,采用此模型全面评估影响细水雾穿透距离和汽化性能的因素,提出一种合理确定液滴初始粒径和初始速度的方法,以及能够提高细水雾利用效率的射流协流细水雾系统。结果表明:各因素影响作用由大至小排序为液滴初始粒径、传热温差、液滴初始速度、火焰羽流速度;该系统能够显著提高细水雾的穿透距离,增大细水雾的汽化率。

多种气压条件下甲醇池火燃烧特性的实验研究

通过自行研制的低氧低压模拟试验箱开展了小尺寸甲醇油池火燃烧实验,研究了在多种气压条件(40kpa、45kpa、55kpa、65kpa、75kpa、85kpa、100kpa)下的油池火燃烧特性参数的差异。实验发现,一定情况下,甲醇燃烧速率随着气压的升高而升高,呈现幂函数关系;火焰高度和火焰面积从低压开始先随着气压值的升高而升高,当达到一定的气压值后就会随着气压值的升高而降低;随着气压升高,羽流中心温度下降的幅度变缓。

水平喷射火撞击垂直障碍物的温度特性研究

为了研究喷射火撞击邻近建筑物后火羽流的温度场特性,采用数值模拟软件建立喷射火模型,模拟不同长宽比的矩形泄漏孔甲烷水平喷射火撞击障碍物场景,分析喷射火温度在水平方向和障碍物壁面垂直方向的分布特征。结果表明:障碍物壁面温度场受燃气喷射速率和泄漏孔形状特征影响显著;泄漏速率越大,温升区宽度更宽,泄漏孔长宽比越大,温升区域的宽度弱化越显著;泄漏速率增加,使温升区在垂直方向上和水平面上的影响范围更宽,且泄漏孔长宽比增大使温升区厚度增加,水平面的影响宽度发生变化。

分岔隧道强羽流驱动的顶棚射流火焰特征

为探究分岔隧道强羽流驱动的顶棚射流横向长度、纵向长度及火焰面积分布特征,选取火源中线距侧壁0.1、0.3、0.5、0.7和0.9 m等5个火源位置,47.9、63.8、77.7和95.7 k W等4个热释放速率(HRR),分析和确定典型工况下间歇性火焰和连续火焰的横向长度和临界温度,临界温度值分别为325和620℃;以连续火焰的临界值为依据,进一步得到顶棚射流连续火焰的横向长度、纵向长度及火焰面积。结果表明:随着火源中线与侧壁间距从0.1~0.7 m变化,横向火焰长度呈现非单调的趋势,且当间距为0.3 m时,横向火焰长度最大;纵向火焰长度随火源中线与侧壁间距从0.1~0.9 m增加而逐渐减小,且相同工况下纵向火焰长度均长于横向火焰长度;火源中线与侧壁间距从0.1~0.3 m增加,火焰面积逐渐增大,当间距增加至0.7 m,火焰面积逐渐降低。

环境风诱发中尺度方形油池火旋风试验研究

为了获取火旋风形成的动态过程和特性参数规律,对比分析与普通火灾的危险性,以风洞模拟环境主风场为诱发条件,设计长6 m、宽6 m的中尺度柴油火旋风试验平台,采用热线风速仪、辐射热流计、DV摄像仪和自制热释放速率测量装置采集试验数据。结果表明:火旋风形成过程分为普通油池火、间歇性火旋风、局部火旋风和扬沸4个阶段;火旋风形成后,稳定火旋风阶段油池的最大质量损失速率是同尺度普通柴油池火的2.44倍,平均火焰高度是相应普通油池火的1.49倍;火旋风羽流温度随着火旋风占空比的提升持续增大,竖直方向平均辐射热通量是相应普通柴油池火的1.89倍。

基于FDS的建筑外立面墙相邻双窗口溢流火行为研究

前人单窗口溢流火理论不足以适用于多窗口,且两者溢流火行为存在明显差异。为探究多窗口溢流火现象及机理,基于FDS建立两种建筑模型,并在立面墙上设置两个平行窗口,研究火源功率(HRR)与窗口间距(D)对平行双窗口溢流火行为、室内空气流率、溢流火焰高度(H_(ef))以及上层建筑立面墙的影响。结果表明:通风型控制火灾中,空气质量流率系数k会随着D的增加不断减小最终趋于稳定;而燃料控制型中,HRR越大k越大,且在同一个HRR工况下,随着D增大k会先增大后减小,然后趋于稳定。相同D下,HRR越大Hef越高,同一HRR下,随D的减小Hef先减小后增加,即存在临界转变间距D*,HRR越大,D*越大。Hˉefξ1=cQ*ex^( 2/5)仅适用于单一窗口或多窗口之间影响很小即相对独立的窗口。双窗口溢流火对上层建筑立面墙的危险性远大于单窗口溢流火。D≤1 m的范围内,立面墙接受热量的面积随着D的增加而增加。