發(fā)布時(shí)間：2020-08-25 07:13

【摘要】：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源燃料在利用過(guò)程中的火災(zāi)安全性問(wèn)題也日益突出。液體燃料(如汽油、柴油以及煤油等)在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及應(yīng)用過(guò)程中,往往由于事故泄漏會(huì)導(dǎo)致形成油池火災(zāi)。而相對(duì)于傳統(tǒng)意義上的油池火(即油料鋪滿整個(gè)油池表面),實(shí)際火災(zāi)場(chǎng)景中往往會(huì)受到障礙物的影響,導(dǎo)致泄漏燃料環(huán)繞分布在障礙物周圍,油池中間形成無(wú)燃料區(qū)域,這類燃燒模型可看作環(huán)形油池火。環(huán)形油池火是一種典型的火災(zāi)模型,具有較大的熱輻射危害性,容易對(duì)周圍環(huán)境造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡,如浮頂油罐火災(zāi)和儲(chǔ)油罐圍堰火災(zāi),這也暴露出目前消防在此類事故中的應(yīng)急處置方面仍存在許多不足。因此,深入分析環(huán)形油池火災(zāi)事故形成機(jī)理及燃燒特性,將有利于火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及消防安全,促進(jìn)能源的安全利用。為了深入探究環(huán)形庚烷油池火的燃燒行為特征,本文設(shè)計(jì)了 5種不同特征尺寸的環(huán)形燃燒器,其內(nèi)外半徑Rin*Rout分別為Omm*150mm、50mm*160mm、100mm*180mm、150mm*212mm和200mm*250mm,所有油池的等效面積均為0.071m2。實(shí)驗(yàn)中利用電子天平、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和K型熱電偶分別測(cè)量出燃燒速率、火焰高度及羽流中心線溫度等燃燒參數(shù),并記錄下火匯聚的演變過(guò)程。通過(guò)改變環(huán)形油池內(nèi)外徑大小、中間空氣流卷吸、液體燃料層厚度以及中間障礙物高度等工況條件,進(jìn)一步揭示了不同環(huán)境條件下環(huán)形油池火的典型燃燒參數(shù)和火匯聚現(xiàn)象的變化規(guī)律。本文的研究工作具體如下:研究揭示了中間空氣流卷吸對(duì)環(huán)形油池火燃燒特性的影響規(guī)律。首先,根據(jù)環(huán)形油池火的演變圖像詳細(xì)描述了火焰變化過(guò)程,對(duì)比分析了 Wang等人的研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)環(huán)形油池火的燃燒階段會(huì)受到油池內(nèi)外徑尺寸的影響。其次,重點(diǎn)揭示了中間空氣流卷吸對(duì)燃燒速率、火焰高度和羽流中心線溫度的影響機(jī)理,并基于熱量傳遞理論分析,建立了典型燃燒參數(shù)與環(huán)形油池內(nèi)外徑(Din和Dout)之間的線性擬合關(guān)系。最后,給出了火匯聚形成機(jī)理的詳細(xì)解釋,并提出了火匯聚開始時(shí)間同環(huán)形油池內(nèi)外徑之比Din/Dout的相關(guān)預(yù)測(cè)模型。研究揭示了液體燃料層厚度對(duì)環(huán)形油池火燃燒特性的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的燃料厚度分別為10mm和20mm。首先,比較分析了環(huán)形油池火在兩種燃料厚度下的燃燒速率和火焰圖像變化趨勢(shì),得到了普通油池A和環(huán)形油池B、C、D、E之間不同的燃燒階段演變規(guī)律,提出了最大燃燒速率max同燃料厚度d和環(huán)形油池內(nèi)外徑比值Din/Dout乘積的關(guān)系式。其次,通過(guò)對(duì)比研究不同燃料厚度下的火焰高度值的差異性,建立了最大火焰高度Hf,max和d.Din/Dout的預(yù)測(cè)模型,并揭示了不同高度下最大中心線溫度的分布規(guī)律。最后,基于火焰高度、火焰傾斜角以及環(huán)形油池內(nèi)外徑之間的幾何關(guān)系,構(gòu)建了火匯聚形成的臨界條件,并進(jìn)一步得到了火匯聚開始時(shí)間與Din/Dout之間的線性方程。研究揭示了中間障礙物尺寸對(duì)環(huán)形油池火燃燒特性的影響規(guī)律。首先,簡(jiǎn)單分析了燃燒火焰、中間障礙物、環(huán)形油池壁以及液體燃料之間的熱量平衡關(guān)系,著重研究了在不同障礙物高度下環(huán)形油池火的火焰形態(tài)和燃燒速率變化特征,并基于此分析結(jié)果推斷出燃燒過(guò)程的階段劃分。其次,深入探究了燃燒過(guò)程中的典型燃燒速率和火焰高度等參數(shù)的變化特征。最后,綜合考慮環(huán)形油池內(nèi)外直徑和障礙物高度的共同影響,繪制了火匯聚區(qū)域分布圖,并利用三角形邊長(zhǎng)定律進(jìn)一步推導(dǎo)出中間障礙物作用下火匯聚形成的臨界條件。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE88
【圖文】：

研究表明，對(duì)于火災(zāi)所造成的損失，美國(guó)不到 7 年翻一番，日本平均16 年翻一番，中國(guó)平均 12 年翻一番[3]。因此，我們需要不斷探究火災(zāi)演變的規(guī)律特征，從而減少火災(zāi)對(duì)自然環(huán)境和人類社會(huì)所造成的破壞。自工業(yè)革命以來(lái)，能源燃料的消耗量日益增加。在能源燃料的利用過(guò)程中，其安全性問(wèn)題也日益突出。燃料廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，具體可分為三種形態(tài)：固體燃料、液體燃料以及氣體燃料。其中液體燃料（如汽油、柴油、煤油以及乙醇等）在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及應(yīng)用過(guò)程中，往往由于事故泄漏會(huì)導(dǎo)致形成油池火災(zāi)，如船舶機(jī)艙燃油泄漏，油料運(yùn)輸管線泄漏等[4-5]。油池火是一種典型的火災(zāi)模型，具有燃燒持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、熱輻射危害大的特點(diǎn)，容易對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重危害。以下將舉例說(shuō)明一些液體燃料泄漏引發(fā)火災(zāi)事故的典型案例：（1）英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)泄漏火災(zāi)事故2005 年 12 月 11 日，英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)儲(chǔ)油罐在裝油液位達(dá)到所設(shè)置的最高液位時(shí)，未能自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)以切斷進(jìn)油閥門，導(dǎo)致油料從罐頂不斷溢出，最終發(fā)生爆炸火災(zāi)事故，共燒毀大型儲(chǔ)油罐 20 余座，受傷 43 人，直接經(jīng)濟(jì)損失2.5 億英鎊，如圖 1.1 所示。

合肥工業(yè)大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文（2）大連新港“7 16”原油管道泄漏火災(zāi)事故2010 年 7 月 16 日，大連市大連新港附近一條中石油原油輸油管道發(fā)生泄漏并引發(fā)大火，火災(zāi)導(dǎo)致部分原油、管道和設(shè)備燒損，另有 1500 噸原油流入附近海域，造成至少 50 平方公里的海域受到污染，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 5 億元以上，如圖 1.2 所示。

圖 1.2 大連新港原油管道泄漏火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)（圖片來(lái)自新浪網(wǎng)）Fig 1.2 Fire accident scene results from the leakage of crude oil pipeline in Xingang, Dalian(Pictures from Sina network)（3）中石油慶陽(yáng)石化公司“7 26”油料泄漏火災(zāi)事故2015 年 7 月 26 日，甘肅慶陽(yáng)中石油慶陽(yáng)石化公司第一聯(lián)合運(yùn)行部 300 萬(wàn)噸/年常壓裝置渣油/原油換熱器發(fā)生泄漏事故，高溫渣油（約 340-360℃）泄漏到地面，遇空氣自燃著火，造成 3 人死亡、4 人受傷，如圖 1.3 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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2 李貴合;史君;沈國(guó)光;;池火災(zāi)模型對(duì)汽油罐區(qū)火災(zāi)事故危險(xiǎn)性的分析[J];石油化工安全環(huán)保技術(shù);2013年01期

3 康泉?jiǎng)?陸守香;陳兵;;小尺度庚烷池火燃燒速率實(shí)驗(yàn)研究[J];科學(xué)通報(bào);2010年01期

4 陳志斌;胡隆華;霍然;彭偉;祝實(shí);;矩形油池火羽流中心線的溫度分布[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2009年03期

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本文編號(hào)：2803422