【摘要】：火災(zāi)會嚴重威脅人員和財產(chǎn)安全,低氣壓條件不僅會影響燃燒過程的物理和化學(xué)反應(yīng),而且會改變?nèi)剂先紵匦?產(chǎn)生于常壓條件下明顯不同的燃燒特征和火行為特性。特殊的高海拔(低氣壓)環(huán)境會出現(xiàn)在許多場景下,如高原地區(qū)和航空飛行環(huán)境。高原地區(qū)大約占中國陸地面積的三分之一,特別對平均海拔超過4000m的青藏高原來說,其上建有超過1000處的歷史建筑。最近,航空工業(yè)也得到迅速發(fā)展,航空飛行環(huán)境具有典型的低氣壓環(huán)境特征,客機巡航高度在9000m以上。因此,深入了解低壓下的火災(zāi)燃燒特性對高海拔防火具有重大的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價值。 為了評估高海拔地區(qū)較大尺度火災(zāi)的危險性,分別在合肥(海平面高度城市,50m/100.8kPa)和拉薩(西藏城市,3650m/64.3kPa)進行了Jet-A和正庚烷油池火實驗。實驗結(jié)果表明,質(zhì)量燃燒速率正比于壓力的2/3次方,與壓力模型的理論預(yù)測結(jié)果一致。然而,正庚烷薄層火的燃燒速率變化僅與壓力呈弱相關(guān),這可用沸騰燃燒相關(guān)理論進行解釋。頂棚的引入不僅加速了質(zhì)量燃燒速率,而且提高了火焰中心線溫度,但是研究發(fā)現(xiàn)在拉薩地區(qū)火焰中心線溫度對到頂棚的影響相對較小。隨著對正庚烷的熱釋放速率測量結(jié)果表明：燃燒效率X。和對流熱分數(shù)X。隨著壓力的下降會有少許上升,而輻射分數(shù)Xr與壓力不相關(guān)(或弱相關(guān))。 為了進一步研究低氣壓環(huán)境對燃料燃燒速率和火羽流特征的影響,分別在合肥和拉薩對不同尺寸圓形油池(直徑：4cm-14cm)正庚烷池火進行了實驗測量和理論分析。從結(jié)果看,準穩(wěn)態(tài)階段和沸騰階段的平均燃燒速率一致表明,指數(shù)α(m"-Pα)會隨著傳熱主導(dǎo)因素的變化而變化,如熱傳導(dǎo)階段a≤0,熱對流階段α=2/3。另外,通過分析可知,火焰高度、軸向火焰溫度和羽流溫度均與無量綱熱釋放速率Q*-Q/(PD5/2)相關(guān),其相關(guān)系數(shù)可由低壓下的實驗測量結(jié)果得出�？傊�,對于相同尺寸的油池,火焰高度和羽流溫度隨著壓力的冪函數(shù)上升而上升。 為了擴展測試實驗壓力點,從而更深入地研究壓力對池火火行為的影響,在位于合肥火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室的低壓艙(即可控壓力裝置)內(nèi)開展了系列池火實驗研究。實驗主要討論了小尺寸圓形正庚烷池火在不同靜態(tài)艙室壓力(40KPa、60kPa、80kPa和100kPa)下的燃燒特性和火羽流特征。每組實驗過程中均記錄有燃料質(zhì)量燃燒速率及火焰視頻。結(jié)果表明,質(zhì)量燃燒速率主要通過火焰對油池表面的熱反饋所決定,而對于實驗小尺度油池,對流熱反饋是燃料氣化蒸發(fā)的主要原因。通過對火焰視頻分析的研究表明,火焰高度隨著壓力的下降而上升,這一點通過無量綱分析同樣可以得到證實。另一方面,低氣壓使得火焰拉伸幅度上升,導(dǎo)致頂端部分火焰脫落。此外,通過觀測可以發(fā)現(xiàn)一種特殊的火焰現(xiàn)象,即出現(xiàn)在燃燒階段末期的火焰旋轉(zhuǎn),這可能是受科氏力影響的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X932

【參考文獻】

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1 張斌;;昌都地區(qū)寺廟古建筑防火對策研究[J];科技信息;2010年22期

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本文編號：2534140