【摘要】：近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展,以人為本的理念和環(huán)保意識的增強(qiáng)極大的改變了我國的能源結(jié)構(gòu)。便于運(yùn)輸和清潔高效的氣態(tài)能源正以不可阻擋的姿態(tài)走進(jìn)人們的日常生活。然而由于各種各樣的原因,超長燃?xì)夤芫�經(jīng)常發(fā)生火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性質(zhì)的事故,嚴(yán)重破壞了人們的生命和財產(chǎn)安全。一般來說,高壓輸送燃?xì)獾钠屏压芫�根據(jù)其根部火源形狀和較大的燃?xì)鈬姵鏊俣?可近似處理為線性湍流擴(kuò)散射流火。在多處管道破裂時,因火焰間的相互作用而導(dǎo)致火焰被拉長,火焰方向改變,極有可能導(dǎo)致火旋風(fēng)的形成,這種群發(fā)性火災(zāi)的火焰融合行為使得火災(zāi)更具破壞性和失控性。因而研究射流火焰相互作用的行為特點及其規(guī)律,對于防止射流火焰融合導(dǎo)致更大損失,具有重要意義。前人對多火焰相互作用行為特征進(jìn)行了廣泛的研究。然而,大量的研究工作主要探究的是軸對稱火焰相互作用行為受燃料類型,擴(kuò)散火焰類型,燃燒器數(shù)量及其分布和燃燒器間距的影響。而對于雙線性火焰的相互作用行為的研究仍顯著缺乏,盡管已有關(guān)于雙線性層流擴(kuò)散火焰相互作用的研究報道,但雙線性浮力主控湍流擴(kuò)散火焰相互作用機(jī)制還缺乏研究,由于湍流火焰的空氣卷吸機(jī)理與層流擴(kuò)散火焰存在顯著差異,因此,有必要展開浮力主控湍流擴(kuò)散雙線性火焰相互作用的研究工作。本文通過實驗的方法從火焰融合機(jī)制與火焰高度演化特征的角度切入來探究火焰相互作用行為。本實驗采用兩個完全一致的燃燒器,其內(nèi)縫尺寸為2mm×142.5mm,燃燒器底部放置在高于水平地面0.4m的高度處。實驗以丙烷為燃料,燃料出口速度范圍0.23m/s-0.70m/s,在計算Fr和Gr后,核實本文火焰狀態(tài)均為浮力主控湍流火焰。燃燒器間距的范圍為0-1m。實驗結(jié)果表明,隨著燃燒器間距的增加,雙火焰間的相互作用可將火焰形態(tài)劃分為連續(xù)性融合、間歇性融合、無融合但有相互作用以及自由火焰狀態(tài),值得注意的是,當(dāng)兩個火焰發(fā)生融合時,其火焰高度很明顯高于其相對應(yīng)流量下的單一自由火焰高度。與此同時,火焰高度隨著燃燒器間距的增大先減小后增大,并最終不斷趨近于單一自由火焰高度,這是一個復(fù)雜的、非單調(diào)的變化過程,與前人在層流火焰中所觀察到的規(guī)律截然不同,并且發(fā)現(xiàn)最小火焰高度恰巧出現(xiàn)在融合臨界間距處,且該處的火焰高度低于單一自由火焰高度。本文將Kuwana等人根據(jù)層流擴(kuò)散火焰推導(dǎo)出的融合臨界間距模型拓展并應(yīng)用到湍流擴(kuò)散火焰中,構(gòu)建了火焰融合概率模型和融合臨界間距模型。發(fā)現(xiàn)了火焰融合概率模型可表達(dá)為三段函數(shù)的形式,融合臨界間距模型表明融合臨界間距正比于單一自由火焰高度,或者說與燃料出口速度呈2/3次方的關(guān)系。并提出了“有效”卷吸周長作為特征長度來量化雙火焰的相互作用與空氣卷吸行為特征,該“有效”卷吸周長包含了燃燒器的長、寬,火焰基部“擴(kuò)展”和有效側(cè)向卷吸特征長度,基于該“有效”卷吸周長,建立的火焰融合點高度模型和火焰高度模型。
【圖文】：

２０１４年１０月３１日，河北唐山市西外環(huán)南湖地下天然氣管道發(fā)生爆炸，造逡逑成２死３傷。事故發(fā)生地是燃?xì)夤艿朗┕がF(xiàn)場，由于施工操作不當(dāng)引起火災(zāi)，爆逡逑炸現(xiàn)場與村民僅一墻之隔，如圖１．３所示。２０００年８月１９日，美國墨西哥州埋逡逑在地下２米多深的輸送天然氣的管道，在距離某河道百余米處出現(xiàn)破裂造成燃?xì)忮义闲孤�，繼而引發(fā)爆炸和大火，致使１０死２傷，如圖１．４所示。逡逑柋逡逑圖１．３唐山市地下天然氣管道火災(zāi)（圖片來自鳳凰資訊網(wǎng)站）逡逑２逡逑

逑■Ｅｌｌ逡逑圖１．４美國天然氣管道泄漏（圖片來自谷歌圖片）逡逑多火焰間的相互作用是實際燃燒活動中的基礎(chǔ)過程之一。當(dāng)多個火源因距離逡逑較近而產(chǎn)生相互作用時，其己不再具備單個火源的燃燒特征［４＿５］。１９９５年１月１７逡逑日，阪神地區(qū)發(fā)生７．２級大地震，讓我們損失了邋５０００多名生命。隨后，這座城逡逑市由于煤氣管道破裂，致使多處煤氣泄露，，熊熊大火又再次置當(dāng)?shù)鼐用裼谒罨疱义蠠嶂�。而群發(fā)性火災(zāi)因受鄰近火焰的影響，其火焰高度演變和融合過程在城市逡逑火災(zāi)蔓延過程中得以觀察和記錄，房屋之間狹窄的小巷及其寬度是影響火焰融合逡逑和火焰高度的重要因素，如圖１．５所示。由此，火焰高度成為評估消防中火災(zāi)危逡逑險的明確指標(biāo)之一。逡逑圖１．５阪神地震后城市火災(zāi)現(xiàn)場（圖片來自百度圖片）逡逑２00４年４月，天津市某學(xué)校門衛(wèi)室附近燃?xì)夤艿腊l(fā)生泄漏，致使我們失去３逡逑條生命。經(jīng)過對泄漏管線路段的調(diào)查
【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】：2018
【分類號】：TE88;TQ038

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本文編號：2597502