池火火焰光學厚度修正與滯留層燃燒速率分析.pdf

1、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、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理、發(fā)展火災防治技術均有重要的理論與實際意義。在傳統(tǒng)的火焰輻射模

2、型中，一般將火焰作光薄(Opticallythin)處理，而實際上在真實的火災場合，火焰既不是光薄(Opticallythin)，也不是光厚(Opticallythick);在池火燃燒速率研究方面，沒有從理論上揭示傳導、對流、輻射主控的不同熱物理機制。
　　本文以輻射傳熱、燃燒學、火災學的經典理論作為立足點，選用直徑范圍4～33cm的油盤，分別在低壓（拉薩，66.5kPa）與常壓(合肥，99.8kPa)條件下進行正庚烷池火燃燒實驗

3、，從光學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)射率及炭黑體積分數(shù)與環(huán)境壓力、油盤尺寸等邊界條件的相關性。
　　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)、炭黑體積分數(shù)與光學厚度修正計算的相關表達式，并將其應用于火焰發(fā)射率的計算中。實驗發(fā)現(xiàn)環(huán)境壓力對光學厚度修正系數(shù)的影響源于火焰溫度、炭黑體積分數(shù)、輻射熱流的共同作用:炭黑體積分數(shù)是影響光學厚度修正系數(shù)的最主要因素。不論是低壓還是常

4、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數(shù)明顯減小。光學薄極限的假設更適用于低壓、小尺寸池火的情況。當油盤直徑大于30cm以后，在計算輻射發(fā)射率時采用光學薄極限假設，會產生較大誤差。
　　此外，從滯留層的理論出發(fā)，建立傳導、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

5、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)境壓力下的取值進行估算，并與實驗結果以及前人研究結論進行對比分析。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，建立溫度關于以上參量的相關性公式，并通過實驗進行驗證?；诠鈱W薄極限假設，得到火焰溫度與環(huán)境壓力