本文關(guān)鍵詞： 艙室火災(zāi) 頂部水平開口 氣體流動 溫度分布 當量比 燃燒效率 熱釋放速率　出處：《中國科學技術(shù)大學》2013年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：僅具有頂部開口的受限空間在船舶機艙、核設(shè)施、地下室中大量存在。由于開口位置的特殊性,頂部開口艙室火災(zāi)的發(fā)展過程具有特殊性,其中最典型的特征是艙室內(nèi)部燃燒環(huán)境不穩(wěn)定性和燃燒過程的不完全性。因此,研究頂部開口艙室火災(zāi)中開口流動及其對艙內(nèi)火災(zāi)過程的影響機制有重大理論和應(yīng)用價值。分析了頂部水平開口的氣體流動形勢和流率。從水平開口氣體流動控制機理分析,頂部艙室火災(zāi)中,燃燒一段時間后,艙內(nèi)溫度基本達到穩(wěn)定或準穩(wěn)定狀態(tài),開口兩側(cè)的密度差在后期基本維持不變。另一方面,溫升速率降低到接近于零,這使得艙內(nèi)氣體膨脹在水平開口位置產(chǎn)生的壓力差急劇減小。利用經(jīng)典水平開口流體流動理論分析小尺度頂部開口艙室中的庚烷池火實驗,發(fā)現(xiàn)在小開口時,壓力差減小到一定程度后,開口流動由最初的單向流轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向流。因此,即使在開口較小時,后期流動仍然是雙向流,但是流入的空氣流率很小,由于艙內(nèi)熱煙氣的浮力作用和卷吸作用,基本不能影響艙室下部火源。在較大開口時,整個燃燒過程開口流動均為雙向流。在雙向流階段,空氣流入速率和煙氣流出速率在后期基本穩(wěn)定,并僅與開口尺寸有關(guān)。在相同尺度開口下,不同火源大小的開口氣體流率差異較小。提出了煙氣溫度在豎直方向線性分布假設(shè),并建立了煙氣溫度分布的瞬時計算模型�？偨Y(jié)并歸納頂部開口艙室火災(zāi)煙氣溫度分布規(guī)律,提出了溫度豎直方向上線性分布的假設(shè),并基于該假設(shè),從控制體能量方程出發(fā),結(jié)合火羽流理論和頂棚射流理論,通過計算艙壁傳熱過程,得到燃燒過程中溫度分布的變化過程。進一步地,分析了頂部開口艙室熱量分配規(guī)律,引入了分階段定常熱損系數(shù)考慮熱量通過艙壁、開口的損失,在燃燒前期采用較小的熱損系數(shù)值(～0.7),之后較大的熱損系數(shù)值(～0.95)。模型預(yù)測結(jié)果與前期小尺度頂部開口艙室庚烷池火試驗中測量的溫度分布形式吻合程度很好。發(fā)展了基于當量比概念的油池火燃燒效率以及燃燒熱釋放速率的預(yù)測模型。將燃料-氧氣當量比概念應(yīng)用于油池火的火焰部分,提出了“火焰當量比”概念,揭示了頂部開口艙室火災(zāi)中油池火供氧條件隨時間的變化規(guī)律。利用火羽流近場卷吸模型,結(jié)合艙室下部氧氣濃度數(shù)據(jù),提出了 “火焰當量比”的計算方法。艙內(nèi)煙氣溫度對油池火燃燒行為的作用也通過影響火羽流卷吸速率實現(xiàn)。運用該方法,分析比較了小尺度頂部開口艙室庚烷池火燃燒過程的通風條件變化規(guī)律及開口、火源的影響效果。建立了基于火焰當量比的油池火燃燒效率和熱釋放速率預(yù)測模型。利用燃燒效率與當量比的對應(yīng)關(guān)系,可以由“火焰當量比”計算燃燒效率的變化過程。結(jié)合燃料損失速率,進而估算油池火的熱釋放速率。在頂部開口艙室油池火災(zāi)中,隨著燃燒進行,燃燒效率不斷降低,到熄滅前降低到最低值;火源越大,燃燒效率越低。該方法能夠較好地分析后期燃料沸騰時的燃燒熱釋放速率。建立了頂部開口艙室火災(zāi)動力學參數(shù)的綜合預(yù)測模型。綜合溫度線性分布和氧氣濃度均勻分布的假設(shè),利用溫度分布預(yù)測模型和基于油池火當量比的燃燒效率預(yù)測模型,從控制體的質(zhì)量、能量和組分守恒出發(fā),建立了頂部開口艙室火災(zāi)動力學模型。模型僅需要燃料質(zhì)量損失速率作為輸入?yún)?shù),可以計算頂部開口艙室火災(zāi)的溫度分布、氧氣濃度、燃燒效率和熱釋放速率等參數(shù)的變化過程。
[Abstract]:In this paper , the gas flow rate and the flow rate of the open chamber in the top opening are analyzed . The combustion efficiency and the heat release rate prediction model based on flame equivalence ratio are established .

【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：U698.4

【參考文獻】

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1 吳迎春;吳學成;陸守香;黎昌海;陳兵;康泉勝;岑可法;;頂棚開口受限空間油池火火焰振蕩模式研究[J];燃燒科學與技術(shù);2011年05期

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本文編號：1468499