本文關(guān)鍵詞：池火火焰光學(xué)厚度修正與滯留層燃燒速率分析

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【摘要】：池火,是指在水平燃燒器中具有較低初始動量的燃料發(fā)生的,浮力主控的擴(kuò)散燃燒現(xiàn)象�，F(xiàn)實中的很多燃燒情形都可以在研究中被歸類為池火。例如點燃的香煙、蠟燭可以看作是小尺寸的池火燃燒,家庭失火、汽車失火可以歸類為中等尺寸的池火燃燒,甚至大尺寸的森林火災(zāi)、沿海的大型儲油罐失火也可以在研究中按照池火來處理。火焰輻射是池火火災(zāi)燃燒釋放的重要能量,火焰輻射的研究對于揭示池火燃燒機(jī)理、發(fā)展火災(zāi)防治技術(shù)均有重要的理論與實際意義。在傳統(tǒng)的火焰輻射模型中,一般將火焰作光薄(Optically thin)處理,而實際上在真實的火災(zāi)場合,火焰既不是光薄(Optically thin),也不是光厚(Optically thick);在池火燃燒速率研究方面,沒有從理論上揭示傳導(dǎo)、對流、輻射主控的不同熱物理機(jī)制。本文以輻射傳熱、燃燒學(xué)、火災(zāi)學(xué)的經(jīng)典理論作為立足點,選用直徑范圍4-33 cm的油盤,分別在低壓(拉薩,66.5 kPa)與常壓(合肥,99.8 kPa)條件下進(jìn)行正庚烷池火燃燒實驗,從光學(xué)厚度的修正與滯留層燃燒速率研究出發(fā),探索火焰溫度、燃燒速率、池火輻射發(fā)射率及炭黑體積分?jǐn)?shù)與環(huán)境壓力、油盤尺寸等邊界條件的相關(guān)性。首先在理論上利用圓柱狀火焰模型和角系數(shù)計算,建立了火焰消光系數(shù)、炭黑體積分?jǐn)?shù)與光學(xué)厚度修正計算的相關(guān)表達(dá)式,并將其應(yīng)用于火焰發(fā)射率的計算中。實驗發(fā)現(xiàn)環(huán)境壓力對光學(xué)厚度修正系數(shù)的影響源于火焰溫度、炭黑體積分?jǐn)?shù)、輻射熱流的共同作用：炭黑體積分?jǐn)?shù)是影響光學(xué)厚度修正系數(shù)的最主要因素。不論是低壓還是常壓環(huán)境,發(fā)射率隨著油盤直徑的增加而增加。傳統(tǒng)的發(fā)射率計算方法會使得發(fā)射率的計算結(jié)果偏高。并且這種高估會隨著油盤直徑的增加而越發(fā)明顯。低壓環(huán)境下的發(fā)射率較小,主要是由于在低壓下的炭黑體積分?jǐn)?shù)明顯減小光學(xué)薄極限的假設(shè)更適用于低壓、小尺寸池火的情況。當(dāng)油盤直徑大于30 cm以后,在計算輻射發(fā)射率時采用光學(xué)薄極限假設(shè),會產(chǎn)生較大誤差。此外,從滯留層的理論出發(fā),建立傳導(dǎo)、對流、輻射熱反饋主控形式下燃燒速率的理論模型公式。探究不同環(huán)境壓力和熱反饋主控形式下的燃燒速率變化規(guī)律,從理論上對燃燒速率在變環(huán)境壓力下的取值進(jìn)行估算,并與實驗結(jié)果以及前人研究結(jié)論進(jìn)行對比分析。采用滯留層理論得到燃燒速率在不同熱反饋主控形式下的計算表達(dá)式。從而可以較好地解釋,較小尺寸池火,低壓下燃燒速率較高;對較大尺寸池火,常壓下的燃燒速率較高。對于火焰溫度方面,考慮環(huán)境壓力、油盤尺寸的影響,建立溫度關(guān)于以上參量的相關(guān)性公式,并通過實驗進(jìn)行驗證。基于光學(xué)薄極限假設(shè),得到火焰溫度與環(huán)境壓力負(fù)相關(guān)的關(guān)系。綜合以上燃燒速率、輻射發(fā)射率和火焰溫度的研究,增加池火燃燒速率、輻射傳熱的理論預(yù)測方法和計算準(zhǔn)確性,并為大尺寸火災(zāi)的輻射危險性分析以及消防滅火方案的制定提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.21

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1291755