水蒸氣對(duì)擴(kuò)散火焰煙黑生成影響及火焰煙黑濃度檢測(cè)研究.pdf

1、礦井火災(zāi)是礦山的五大自然災(zāi)害之一。礦井火災(zāi)會(huì)造成重大人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，其中礦井火災(zāi)事故中的遇難者95％以上死于煙氣（主要成分是煙黑）中毒?；馂?zāi)煙氣中的主要成分是煙黑，煙黑是碳?xì)淙剂喜煌耆紵漠a(chǎn)物。礦井內(nèi)大都是高濕的環(huán)境，有些相對(duì)濕度甚至達(dá)到了100%，這種高濕環(huán)境會(huì)影響煙黑的生成特性。因此，研究水蒸氣影響烷烴燃料煙黑生成特性的內(nèi)在機(jī)理，可以提高礦井內(nèi)高濕環(huán)境下煙氣生成和蔓延預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)火災(zāi)中煙氣控制、人員疏散救援具有重要的現(xiàn)實(shí)意

2、義和科學(xué)價(jià)值。
　　燃燒診斷技術(shù)是研究高濕環(huán)境下火焰碳黑生成特性的主要手段。在已有檢測(cè)火焰溫度和煙黑濃度的雙色法基礎(chǔ)上，以實(shí)驗(yàn)室甲烷/空氣層流擴(kuò)散火焰為研究對(duì)象，提出了基于模擬標(biāo)定的火焰溫度和煙黑濃度分布的重建算法。該算法將數(shù)值模擬和小尺寸實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，分為模擬標(biāo)定和三維重建兩個(gè)過程。首先，利用數(shù)值模擬計(jì)算得到層流擴(kuò)散火焰的溫度和煙黑濃度值，利用輻射強(qiáng)度公式得到火焰的輻射強(qiáng)度；同時(shí)利用CCD攝像機(jī)拍攝相同工況下的小尺寸火焰圖片，得到

3、相應(yīng)的R、G、B值；從而擬合得到火焰圖像RGB值與光譜輻射強(qiáng)度的關(guān)系。其次，根據(jù)模擬標(biāo)定得到的RGB值與光譜輻射強(qiáng)度的關(guān)系，將其他工況下拍攝得到的火焰RGB圖像轉(zhuǎn)化為光譜輻射強(qiáng)度圖像，再根據(jù)火焰光譜輻射特性逆向重構(gòu)火焰各處的溫度和煙黑濃度值。根據(jù)該原理利用MATLAB編寫了相對(duì)應(yīng)的火焰圖像處理程序，運(yùn)用該算法測(cè)量了層流甲烷/空氣擴(kuò)散火焰的溫度和煙黑濃度分布，并與數(shù)值模擬結(jié)果相比較，驗(yàn)證了該重建算法應(yīng)用于層流擴(kuò)散火焰中的合理性。
　

4、　選用甲烷氣體為燃料，利用數(shù)值模擬方法研究了水蒸氣對(duì)層流擴(kuò)散火焰中煙黑生成的影響。模擬采用Moss-Brookes煙黑模型、24步氣相反應(yīng)機(jī)理及Discrete Ordinates(DO)輻射模型模擬不同水蒸氣含量下甲烷擴(kuò)散火焰中煙黑的生成和氧化。根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，分析了水蒸氣對(duì)層流擴(kuò)散火焰中煙黑生成的影響機(jī)理。水蒸氣對(duì)甲烷/空氣層流擴(kuò)散火焰中煙黑生成的影響主要反映在煙黑的生長(zhǎng)和氧化速率上：一方面，水蒸氣的存在能夠降低甲烷火焰的溫度，從