【摘要】：針對巷道火災(zāi)繞火源火焰的局部阻力計算及阻力系數(shù)的確定問題,建立按火焰斷面積來計算的模型,其中的火焰局部阻力系數(shù)是火焰截斷面積的函數(shù),指出火焰面積是在特定巷道火災(zāi)條件下火源燃燒強度與風(fēng)流速度相互作用的結(jié)果,確定阻力系數(shù)值必須考慮到巷道風(fēng)流對火焰的壓制作用。分析火焰局部阻力與風(fēng)流速度、火源燃燒強度的關(guān)系,即隨著火源燃燒強度的增大,火焰面積和局部阻力增大,風(fēng)速降低,出現(xiàn)所謂的節(jié)流現(xiàn)象。當(dāng)風(fēng)速等于富氧燃燒臨界風(fēng)速時,火源燃燒充分,火焰面積和火焰局部阻力最大;當(dāng)風(fēng)速小于該臨界風(fēng)速時,火源燃燒減弱,火焰面積和局部阻力變小;當(dāng)風(fēng)速過大時,風(fēng)流壓縮火焰,火焰截斷面積和火焰局部阻力減小,火焰局部阻力在風(fēng)速中低時為最大。上述變化規(guī)律與點火源和線火源兩組經(jīng)典的實驗結(jié)果相吻合;依據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合確定出模型的參數(shù),依火源強度不同,最大火焰面積系數(shù)取值一般在0.285~0.410。
【圖文】：

明確區(qū)分，即巷道火區(qū)熱阻力包括熱流摩擦阻力、熱局部阻力和火燃煙氣的外來風(fēng)源附加阻力［11］。在巷道火災(zāi)熱局部阻力中，較復(fù)雜的計算是風(fēng)流繞火源火焰障礙的局部阻力(以下簡稱火焰局部阻力)。文獻(xiàn)［8］給出了火焰局部阻力的概念表達(dá)式，其中火焰局部阻力系數(shù)如何確定，目前尚須要做進(jìn)一步深入研究。這里提出按障礙阻力公式來計算火焰局部阻力，同時利用已有的經(jīng)典火災(zāi)實驗數(shù)據(jù)(即具備實驗條件典型性和記錄數(shù)據(jù)完備性)，提出確定火焰局部阻力系數(shù)的新方法。1火焰局部阻力模型與阻力系數(shù)ξ值特征(推導(dǎo))如圖1所示，在巷道火災(zāi)發(fā)生時，流動風(fēng)流在繞過火源火焰后，火焰作為一種柔性的障礙物阻礙了風(fēng)流的流動，從而產(chǎn)生了附加的熱繞流局部阻力損失。繞火源局部阻力的節(jié)流問題是巷道火災(zāi)節(jié)流的普遍形式。圖1巷道火災(zāi)火焰局部阻力Fig.1Localresistanceofthetunnelfireflames巷道風(fēng)流繞火源火焰局部阻力h'e，r的計算公式為h'e，r=12ξρ'v'2(1)式中，ξ為繞火源的火焰局部阻力系數(shù)，無因次;ρ'為通過火區(qū)的(出口)風(fēng)流密度，kg/m3;v'為出口風(fēng)速，m/s。式(1)是火焰局部阻力的一個概念表達(dá)式，以下就最關(guān)鍵的火焰局部阻力系數(shù)ξ展開分析。首先假設(shè)，對風(fēng)流而言，障礙物無論是剛體還是流體本身其障礙阻力的計算沒有太大區(qū)別，那么，將圖1巷道風(fēng)流流動繞過火源火焰后產(chǎn)生的局部阻礙作用，簡化成風(fēng)流繞過阻礙物的局部阻力。參照巷道中風(fēng)流遇障礙物收縮(或風(fēng)窗)局部阻力經(jīng)驗公式，得到單純的火焰局部阻力，即h'e，r=12ρ'v'21.7SyS－S()y2(Sy＜S)(2)式中，S為巷道斷面積，m2;Sy為火焰截斷面積，m2。把式(2)用常溫風(fēng)流速度v和密度ρ來表達(dá)

第4期李宗翔等:巷道火災(zāi)火焰局部阻力模型構(gòu)建及參數(shù)識別火源燃燒充足供氧的風(fēng)速，，即當(dāng)超過該風(fēng)速時，火源燃燒所需氧充足，燃燒屬于富氧燃燒，對應(yīng)燃燒最強烈，如圖2所示，vE為富氧燃燒供氧風(fēng)速值;反之低于燃燒飽和供氧的風(fēng)速時，風(fēng)流供氧能力則相對不足，火源燃燒屬于富燃料燃燒，風(fēng)速越低、燃燒火勢相對越弱。圖2巷道火源燃燒強度與風(fēng)速的關(guān)系Fig.2Ｒelationshipbetweentunnelfirecombustionintensityandwindvelocity巷道火區(qū)段整體溫度與火源中心溫度不是同一概念，一般遠(yuǎn)低于火源中心溫度，圖2中假設(shè)燃燒能量釋放可用巷道火區(qū)段整體平均溫度增量表達(dá)，也就是對應(yīng)著燃燒的強度。2.2火焰斷面系數(shù)與風(fēng)速的關(guān)系盡管在火災(zāi)燃燒時火源點產(chǎn)生的火焰是跳躍的，但在平均意義上火焰截斷面積變化存在一定的規(guī)律性。火焰斷面積是在一定火源條件下火勢強度與風(fēng)流速度相互作用的結(jié)果，在一定巷道條件和燃燒強度下，當(dāng)巷道風(fēng)速較低，如v＜vE時，過小的風(fēng)速不能夠壓住火焰，火焰斷面積隨著火源燃燒的強度增大而增大，當(dāng)風(fēng)速在vE的附近時，火焰斷面積達(dá)到最大;當(dāng)風(fēng)速為0時，火區(qū)燃燒不斷耗氧使氧體積分?jǐn)?shù)減小，火焰必將趨于熄滅。但只要有風(fēng)速，火區(qū)就能得到供氧，維持燃燒，不妨設(shè)函數(shù)變化為凸曲線，這里用指數(shù)函數(shù)表達(dá)。當(dāng)風(fēng)速v＞vE時，且當(dāng)風(fēng)速v很大時，過大的風(fēng)速也能壓住火源的火焰，使火焰斷面積減校這里按照以上規(guī)律來構(gòu)建火焰斷面系數(shù)隨風(fēng)速變化的函數(shù)關(guān)系，如圖3所示。圖3巷道火區(qū)火焰斷面系數(shù)與風(fēng)速的關(guān)系Fig.3Ｒelationshipbetweentruncatedareaofthetunnelfiredistrictfireandwindvelocity用分段函數(shù)表達(dá)，有k=k1v－aEva，v≤vEk0+(k1－k0)e－b(v－vE)m，
【作者單位】： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院;礦山熱動力災(zāi)害與防治教育部重點實驗室;河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項目(51174109,51074086)
【分類號】：TD752.2

【參考文獻(xiàn)】

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2 張圣柱;程衛(wèi)民;張如明;劉星魁;;礦井膠帶巷火災(zāi)風(fēng)流穩(wěn)定性模擬與控制技術(shù)研究[J];煤炭學(xué)報;2011年05期

3 李翠平;曹志國;李仲學(xué);胡磊;侯定勇;;地下礦火災(zāi)煙流蔓延的三維仿真構(gòu)模技術(shù)[J];煤炭學(xué)報;2013年02期

4 李宗翔;王雙勇;賈進(jìn)章;;礦井火災(zāi)巷道通風(fēng)熱阻力計算與實驗研究[J];煤炭學(xué)報;2013年12期

5 李宗翔;王雅迪;李林;;上行風(fēng)流火災(zāi)3D礦井通風(fēng)系統(tǒng)災(zāi)變過程仿真[J];煤炭學(xué)報;2015年01期

【共引文獻(xiàn)】

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2 林龍沅;陳海焱;顏翠平;江濤;;多參數(shù)耦合條件下礦井火災(zāi)數(shù)值研究[J];現(xiàn)代礦業(yè);2011年08期

3 周煜琴;林龍沅;;運輸設(shè)備對巷道火災(zāi)煙氣流動的影響[J];中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù);2012年06期

4 王文才;喬旺;李剛;;巷道火災(zāi)對巷道通風(fēng)的影響分析[J];煤礦安全;2011年10期

5 朱令起;周心權(quán);謝建國;;密閉火區(qū)狀態(tài)分析及判別標(biāo)準(zhǔn)[J];煤炭工程;2008年07期

6 傅培舫,周懷春,俞啟香,蔣時才,葉汝陵;巷道火災(zāi)節(jié)流過程及其影響因素的研究[J];煤炭學(xué)報;2005年02期

7 焦宇;段玉龍;周心權(quán);康與濤;;煤礦火區(qū)密閉過程自燃誘發(fā)瓦斯爆炸的規(guī)律研究[J];煤炭學(xué)報;2012年05期

8 王凱;蔣曙光;張衛(wèi)清;吳征艷;邵昊;劉濤;琚筱蕊;;礦井火災(zāi)救災(zāi)中風(fēng)量遠(yuǎn)程調(diào)控技術(shù)及數(shù)值分析[J];煤炭學(xué)報;2012年07期

9 周峰;李承軍;;恒源煤礦Ⅱ61下采區(qū)皮帶下山獨立通風(fēng)方案研究[J];能源技術(shù)與管理;2013年01期

10 李翠平;曹志國;李仲學(xué);胡磊;侯定勇;;地下礦火災(zāi)煙流蔓延的三維仿真構(gòu)模技術(shù)[J];煤炭學(xué)報;2013年02期

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2 張靖巖;高層建筑豎井內(nèi)煙氣流動特征及控制研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

3 楊健鵬;水霧對典型壁面裝飾材料火災(zāi)發(fā)展的影響研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

4 馬洪亮;基于區(qū)網(wǎng)耦合模擬的礦井通風(fēng)系統(tǒng)抗災(zāi)能力分析[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2008年

5 于麗;終南山特長公路隧道火災(zāi)模式下通風(fēng)設(shè)計和控制技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2009年

6 張九零;注惰對封閉火區(qū)氣體運移規(guī)律的影響研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2009年

7 盧國棟;大面積煤田火區(qū)范圍圈劃及燃燒機理研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2010年

8 朱令起;礦井火災(zāi)預(yù)測預(yù)警及密閉啟封安全性研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2010年

9 王凱;煤礦熱動力災(zāi)害控制機理及遠(yuǎn)程應(yīng)急救援系統(tǒng)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2012年

10 王忠文;礦井火災(zāi)誘發(fā)爆炸動態(tài)演化規(guī)律及防治技術(shù)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2013年

【二級參考文獻(xiàn)】

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1 黃光球;葛亞飛;陸秋琴;;地下礦CA粒子系統(tǒng)火災(zāi)蔓延仿真[J];計算機工程與應(yīng)用;2010年04期

2 周福寶;王德明;;礦山通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)的計算機仿真模擬[J];金屬礦山;2008年02期

3 韓有波;胡立國;李艷昌;劉劍;;基于MVSS 3.0的小青礦通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)網(wǎng)解算研究[J];礦業(yè)快報;2008年02期

4 宋遠(yuǎn)卓;代昌標(biāo);陸愈實;;煤礦火災(zāi)過程仿真模擬系統(tǒng)的研究[J];中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù);2006年05期

5 井上雅弘 ,岑衍強;火災(zāi)氣流的溫度及風(fēng)速變化[J];煤礦安全;1990年01期

6 張興凱;礦井火災(zāi)時期風(fēng)流動態(tài)過程的計算[J];煤礦安全;1990年06期

7 常心坦;礦井火災(zāi)通風(fēng)的模擬計算[J];煤礦安全;1991年04期

8 張興凱,姚爾義;火區(qū)火風(fēng)壓計算式的探討[J];煤礦安全;1993年05期

9 王樹剛,王如竹;火風(fēng)壓計算的新模型[J];煤礦安全;2002年06期

10 肖國清,溫麗敏,張培紅,陳寶智;煤礦火災(zāi)后果動態(tài)模擬研究[J];煤炭學(xué)報;2001年05期

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1 姜馮輝;祁海鷹;de RIS J L;KHAN M M;;小尺寸火焰?zhèn)鳠嶙璧K規(guī)律的實驗研究[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2012年01期

2 史俊瑞;李本文;徐有寧;薛治家;王樹群;;擴散過濾燃燒火焰特性[J];化工學(xué)報;2012年11期

3 王海峰,蔡曉丹,陳義良;基于火焰面的大渦模擬中條件標(biāo)量耗散率的模型[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2003年05期

4 徐勝利，湯明鈞，糜仲春;低速定態(tài)傳播火焰在可燃云霧中形成的壓力波[J];南京理工大學(xué)學(xué)報;1995年01期

5 王海峰,陳義良;采用考慮詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機理的火焰面模型模擬湍流擴散火焰[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2004年01期

6 范喜生;管道內(nèi)火焰加速的模型及其應(yīng)用[J];工業(yè)安全與防塵;1998年07期

7 徐勝利，糜仲春，湯明鈞;穩(wěn)定傳播火焰在可燃云霧中產(chǎn)生的壓力波[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);1995年02期

8 徐強,陳軍,秦俊;滅火介質(zhì)作用下火焰溫度波動的時頻分布[J];火災(zāi)科學(xué);2003年03期

9 楊華;杜聰;周曉芳;劉聯(lián)勝;張財紅;;空氣旋流強度對氣泡霧化噴霧流場及火焰的影響[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2008年06期

10 姜馮輝;祁海鷹;de RIS J L;KHAN M M;;聚合物小尺寸燃燒中的傳熱阻礙[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2011年10期

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1 方林;秦勤;李朝祥;;多棱火焰燃燒機理的實驗研究[A];第七屆全國能源與熱工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

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9 羅凱;基于FPGA的火焰燃燒狀態(tài)檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D];東北大學(xué);2012年

10 江波;含煙黑乙烯火焰多波長光譜分析檢測的實驗研究[D];華中科技大學(xué);2007年

本文編號：2540760