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)。

横向风作用下变压器油池火燃烧速率与火焰倾角关系研究

油浸式变压器多布置在室外环境,环境风是影响开放空间变压器火灾发展的关键因素。本文开展了不同风速下变压器油池火试验,分析了池火燃烧速率和火焰倾角等参数的变化规律,结果表明:环境风流的作用下,池火稳定燃烧速率呈现非单调演化规律,稳定燃烧速率随着风速的增加,呈现上升、下降、上升的趋势。由于浮力与油池直径呈正相关,火焰倾角与油池直径成反比;随风速增加,火焰倾角呈现快速增加,然后缓慢增加的趋势。对比了4种火焰倾角模型,得到了适用性最佳的变压器油火焰倾角模型。研究结果可为变压器火灾控制提供理论支撑。

多梯度静态低气压条件小尺度油池火燃烧特性

通过实地试验和数值模拟的方法,开展了多梯度静态低压条件下小尺度油池火燃烧特性研究。分析不同火源直径和气压条件下油池火的火焰高度、火焰轴心温度等特征参量。结果表明:火焰形状随环境气压的降低呈现尖端宽度减小、炭黑颗粒增多和火焰振荡频率减弱的特征。在相同气压条件下,火焰平均高度与油池直径呈正相关性;在相同油池直径下,火焰平均高度与压力呈负相关性。拟合得到无量纲火焰高度与燃烧速率、火源直径和环境气压的定量函数关系。火焰轴心温度分为快速上升阶段和稳定阶段。油池直径一致时,火焰轴心温度峰值呈现先增加后衰减的趋势。

偏二甲肼池火灾热动力学特性数值模拟

为探究偏二甲肼池火灾热动力学特性,对无风和有风环境下的偏二甲肼池火开展了系列数值模拟。讨论了无风时油池尺寸(1~9 m)对火焰结构、轴向及横向温度分布和辐射热流密度等热动力学特性的影响,有风时偏二甲肼池火热动力学特性随环境风速(1~4 m/s)变化的规律。结果表明:无风环境下,随油池边长增大,偏二甲肼池火火焰高度由2.67 m增大至13.22 m,火焰最高温度从1006.23℃逐渐增大到1160.92℃,横向辐射热流密度随距离增大而减小;有风环境下,风速从0增大至4 m/s的过程中,池火火焰高度减小,火焰倾角从0°逐渐增大到82.3°,轴向温度分布规律在风速达到1.5 m/s后变为单调下降,下风侧温度及辐射热流密度由于火焰倾斜显著增加;拟合得到可准确预测无/有风环境下火焰高度、火焰倾角及横向辐射热流密度的工程关联式,偏差均在15%以内。

边缘高度影响下油池火燃烧行为特性实验

为了研究边缘高度影响下油池火燃烧行为特性,设计并制作了可变边缘高度油池火燃烧模拟装置。该装置主要包括燃烧系统、动态供油系统、无级升降系统以及数据采集系统四部分,可以模拟燃料液面距离油池口边缘不同高度的燃烧过程,同时收集燃料质量变化数据与火焰图像数据。结果表明:随着边缘高度从0增加至15 cm,燃烧速率、火焰高度和火焰主脉动频率都逐渐降低;上述3个参数最大边缘高度的油池火相比无边缘高度工况分别降低了63%、38%、29%。该研究可为油罐火灾事故救援和消防安全设计提供参考。

低温低压环境下正庚烷池火燃烧特性研究

为研究低温低压耦合环境对油池火燃烧特性的影响,利用高低温低气压实验箱开展小尺度正庚烷火燃烧实验,分析不同环境压力(30~101 kPa)和温度(-10~20℃)下,正庚烷油池火稳定燃烧阶段的燃烧速率、火焰辐射分数、火焰振荡频率以及火焰高度的变化规律。研究结果表明:当正庚烷油池火燃烧处于稳定燃烧阶段时,在相同环境温度下,其燃烧速率随环境压力增加而增加;在相同环境压力下,环境温度更低时燃烧速率更快;环境温度或环境压力越低,火焰辐射分数越低,火焰辐射能力也越低;火焰振荡频率的变化受到不同火焰形态的影响,并且环境温度越低,火焰振荡频率越高;不同环境温度下,火焰高度与环境压力之间呈幂函数关系。研究结果对于掌握高空中飞机货舱以及高海拔地区火灾特性、制定相应防火策略具有一定参考意义。

横向声波作用下油池火焰燃烧行为模拟

为研究声波对开放环境下油池火焰的扰动行为,基于对流传质模型对声压为0.85 Pa、2.10 Pa、3.42 Pa和4.78 Pa声波作用下的油池火焰进行了模拟研究.模拟结果与实验结果在火焰形态、燃烧质量损失等方面符合较好.研究发现,声压的增加能够使得空气与油池表面的乙醇气体层混合得更为均匀,进而促进油池杯口局部区域的燃烧;当火焰在声波作用0.4 s后进入周期性脱落状态,脱落周期与声波周期一致.油池表面温度在不稳定流带来强迫对流作用以及火焰自身热反馈作用下振荡变化,在频域上也表现出噪声信号.声波能够引起火焰两侧涡旋对的不对称变化,使火焰发生破碎,正涡量与负涡量交错区域增大.此外,声压的提高能够加快火焰表面涡旋的运动速度并加剧火焰局部结构的拉伸断裂.本研究为声波控制油池火焰燃烧行为的相关研究提供了参考.

环形油池火燃烧火羽流火焰温度及高度模拟研究

采用FDS数值模拟方法,对火焰融合和火焰未融合两种状态下的环形油池火燃烧火羽流温度及火焰高度进行研究。结果表明:火羽流中心线最高温升的变化趋势与火焰状态密切相关。引入环径比δ,定义了新的无量纲火焰高度H*。δ相同时,H*随火源热释放速率的增大而增大;火源热释放速率相同且火焰发生融合时,H*随δ的增大呈现上升趋势;火源热释放速率相同且火焰未融合时,H*随δ的增大呈现下降趋势。并在火焰融合和未融合两种状态下提出了火焰高度表征模型。

基于pyrosim的原油池火灾模拟研究

使用火灾模拟软件pyrosim对原油池火灾进行数值模拟,对比某油田不同池直径原油池火灾的火焰中心温度、火焰高度的实验数据,研究不同的输入参数对于模拟结果的影响。结果发现,pyrosim对于火焰中心温度的模拟效果较好,对于火焰高度的模拟由于参数设置和软件自身的局限很难达到实验数据展示的效果。输入参数中池火直径对于火焰中心温度的影响较大,不同直径的池火灾呈现出直径越大火焰中心温度越高的规律;而环境参数中环境风速、环境温度对于火焰中心温度的模拟的有一定影响,而相对湿度对于模拟结果的影响较小。

细水雾灭火最小喷雾强度的理论计算与验证

喷雾强度是影响细水雾灭火效果的一个关键因素。为快速、合理地确定细水雾灭火所需的最小喷雾强度,文章分析了细水雾灭火过程中的能量传递过程,提出了一种基于火焰冷却灭火机理的最小有效喷雾强度计算方法。该方法利用预测公式计算了熄灭酒精、汽油、庚烷、柴油等低闪点燃料池火灾所需的最小有效喷雾强度,分析了燃料类型、火源面积、液滴穿透性和汽化性能对最小喷雾强度的影响,与实验数据对比发现,预测公式预测准确性和可靠性较高。本研究可以为细水雾灭火选择合理的喷雾强度提供理论依据。

乙腈池火燃烧场分析与特征产物浓度的定量反演研究

乙腈广泛应用于医药、化工等领域,而乙腈属于易燃易爆化学品,其引发的火灾事故具有极大的危害。研究乙腈燃烧的温度场与浓度场、火焰辐射光谱以探究其火灾污染特性具有重要实用价值。首先采用平面激光诱导荧光技术(PLIF)与Fluent数值模拟方法,获取了5 cm尺度乙腈池火燃烧产物NO在20、 40、 60和80 s时刻的空间浓度值,并结合CFD与FDS仿真模拟获取了不同时刻下乙腈燃烧温度场与浓度场信息。其次,采用所获取的乙腈火焰温度场和浓度场数据(将火焰划分为6个热力学平衡区域),并基于HITRAN数据库内高温气体分子吸收系数与火焰总体辐射传输方程构建了乙腈火焰光谱辐射模型。再次,将所得乙腈浓度场与温度场数据代入火焰光谱辐射模型,模型模拟计算结果与相同条件下乙腈火焰光谱实测数据进行对比,以验证模型精度,然后再与Radcal模型进行精度对比。最后,利用自行构建的火焰光谱辐射模型对燃烧特征污染产物NO进行了浓度反演。结果表明:(1)5 cm尺度乙腈池火火焰温度范围为400~1 000 K,在池火上方60~80 mm区域温度较高,最高温度为945 K。(2)在20、 40、 60和80 s时刻下5 cm乙腈池火燃烧产物NO的体积分数为0.005%~0.025 5%, H_(2)O的体积分数为0.034 5%~0.062 5%, CO_(2)的体积分数为0.055 5%~0.085 5%。(3)自行构建了乙腈火焰光谱辐射模型,模型模拟值与实测值对比得出,燃烧产物中CO_(2)特征峰处准确度最小为86.8%,最大为88.7%;NO特征峰处准确度最小为79.6%,最大为84.9%;H2O特征峰处准确度最小为84.6%,最大为89.1%。与Radcal模型计算的光谱辐射值进行对比,自行构建的模型计算精度提升约10%。(4)在5.62~5.66μm主导波段,乙腈燃烧特征产物NO在20、 40、 60和80 s时刻下的浓度反演精度分别为76.9%、 78.5%、 94.7%和81.3%。此研究可为探测大尺度乙腈类化学品火灾的燃烧场信息以及遥感定量反演燃烧污染产物浓度提供基础与参考。

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．

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.

油料池火焰红外光谱特性分析研究（英文）

油罐池火燃烧污染强度大、范围广,航天遥感可成为实时动态监测油罐池火灾污染的新途径。航天遥感监测以目标光谱特性分析为基础,针对油料池火焰光谱特性研究不足的现状,通过构建全火焰红外测试系统,在室外开放空间条件下对多种油料及混合油料池火焰光谱,其他可燃物火焰的发射光谱进行了测试分析研究,光谱范围1-14μm。结果表明：92#汽油、95#汽油、0#柴油、航空煤油、润滑油池火焰的光谱曲线特征相似,在特定的波长处存在特征发射峰,在1.1,2.4,2.8及6.3μm附近存在H2O特征发射峰,在4.2及4.5μm附近存在CO2发射峰,在3.4μm处存在C—H伸缩振动发射峰,6.3μm后各光谱曲线无明显特征峰。92#汽油与0#柴油以不同比例混合的池火焰光谱与各油料池火焰光谱相比也无明显差别。92#汽油池火焰光谱与木柴及纸张火焰光谱相比,在3.4μm处存在特征发射峰;酒精火焰光谱虽然在3.4μm附近也有类似辐射发射,但辐射强度与4.5μm处CO2的辐射强度之比远低于92#汽油池火焰光谱在此两波段处辐射强度之比;蜂窝煤火焰光谱近似灰体辐射光谱。各燃料火焰光谱的差异主要由燃料的化学组成及燃烧反应机理的差异决定的。对92#汽油池火焰连续区、间歇区及烟气区的光谱特性进行了比较分析,结果表明3.4μm处的C—H伸缩振动峰只存在于连续区,证明了该发射峰是参与燃烧化学反应的油气产生的,该结果与油料池火燃烧反应机理吻合。实验结论对基于光谱特性分析的油料池火焰遥感识别具有重要借鉴意义。

池火特性参数计算及其热辐射危害评价

可燃性油品池火的火焰及其产生的热辐射 ,可能导致周围人员伤亡或设备设施损坏。笔者介绍了油品池火的质量燃烧速率、火焰长度、火焰倾角及火焰后拖量等特性参数的计算方法 ,提出了池火热辐射强度的预测模型 ,给出了热辐射伤害 /破坏准则 ,并进行了模拟计算和评价。

室外池火灾火焰环境研究进展

综述了室外池火灾火焰环境的研究进展,主要包括液池形状、火焰高度、火焰温度、火焰热辐射等。分析了各种模型的优缺点、适用范围以及计算参数对模型的影响。综合分析了现有研究工作的不足,提出了该领域今后的研究发展方向。

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.

汽油储罐火灾燃烧特性的实验研究

本文通过对直径为1 m、 1.5 m和2.7 m的汽油储罐进行火灾实验,分析了汽油罐燃烧时不同阶段的燃烧特 性。本文重点讨论了描述燃烧特性的几个重要参数的变化规律,包括火焰脉动频率、火焰高度、倾斜角度以及火焰的温度 分布等,并将结果拟合为相应的实验关联式,以揭示油罐火灾的内在规律和预测其发展趋势。

变风向通风对池火火焰长度的影响

通过改变风速以及纵向风与燃料表面之间的风向角,研究了风速和风向变化对池火火焰长度的影响.研究结果表明,随着风速的增加,酒精池火和正庚烷池火表现出迥然不同的特征.在本研究工况条件下,酒精池火的火焰长度随着风速的增大先增长,而后逐步缩短;正庚烷池火的火焰长度随着风速的增大首先增长,而当风速增大到一定值后,其火焰长度保持相对稳定.实验发现,酒精池火和正庚烷池火的火焰长度均随着风向角的增大而减小,相同面积的燃料盘,其火焰长度与燃料盘顺风面边长成正比,与背风面等无关.

油罐火灾的辐射特性及火焰结构研究

为了研究大型油盘火灾的辐射特性及火焰结构,对几种不同尺寸的油盘火灾的外部辐射热进行了实验测量。在大型油盘火灾实验中,火焰的辐射热被来自火焰的大量烟气所包围,辐射热中绝大部分是由火焰底部发散出来的。实验还对火焰的其他一些特性(如排烟量、火焰温度、火焰中的气体流速及气体浓度、燃烧速率等)分别进行了测量。结果发现,火焰燃烧中的大部分是在火焰底部完成的,火焰上部的气流对烟气的散发起到了非常重要的作用。