不同環(huán)境條件下擴(kuò)散射流火焰形態(tài)特征與推舉、吹熄行為研究.pdf

1、擴(kuò)散射流火焰因易于控制而在工業(yè)燃燒設(shè)備中應(yīng)用十分廣泛，但是一些不受控制的擴(kuò)散射流火焰也能給人們帶來巨大傷害。近年來，因燃?xì)夤艿榔屏研纬傻臄U(kuò)散射流火災(zāi)事故頻繁發(fā)生，造成了極大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，研究擴(kuò)散射流火焰燃燒行為特征對工業(yè)燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)和安全高效運(yùn)行以及相關(guān)的火災(zāi)安全問題都具有重要的意義。
　　前人對常規(guī)條件下的擴(kuò)散射流火焰燃燒行為已開展了大量的研究，且形成了較為成熟的理論。但是，對一些特殊環(huán)境條件（例如，高原低氧低壓

2、環(huán)境，低壓與環(huán)境風(fēng)耦合環(huán)境以及微重力環(huán)境等）下的擴(kuò)散射流火焰燃燒行為，人們卻研究得相對較少。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們在這種特殊環(huán)境下的生產(chǎn)活動(dòng)卻越來越頻繁。因此，十分有必要開展針對性的研究，以揭示擴(kuò)散射流火焰在這種特殊環(huán)境下的燃燒行為特性，完善相關(guān)的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)理論，并為火災(zāi)防治技術(shù)的開發(fā)和改進(jìn)提供理論和數(shù)據(jù)支持。
　　本文采用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對不同環(huán)境條件下的擴(kuò)散射流火焰行為特征開展了研究。為此，我們分別設(shè)

3、計(jì)了:(1)合肥和拉薩自由擴(kuò)散射流火焰行為特性實(shí)驗(yàn)研究裝置;(2)合肥和拉薩水平環(huán)境風(fēng)作用下擴(kuò)散射流火焰行為特性實(shí)驗(yàn)研究裝置;和(3)微重力和常重力伴流擴(kuò)散射流火焰行為實(shí)驗(yàn)研究裝置。通過對典型特征參數(shù)（火焰形態(tài)、火焰中心線溫度、火焰輻射、火焰推舉和吹熄行為）的分析，結(jié)合火災(zāi)和燃燒動(dòng)力學(xué)經(jīng)典理論，揭示了三種不同特殊環(huán)境條件下擴(kuò)散射流火焰行為演化機(jī)制，并建立了相應(yīng)的無量綱數(shù)學(xué)表征模型。具體的研究工作包括:
　　研究了高原低氧低壓環(huán)境和

4、平原常壓常氧環(huán)境下自由擴(kuò)散射流火焰高度、火焰中心線溫度、火焰輻射和推舉行為。通過研究合肥和拉薩兩地火焰高度的差別，發(fā)現(xiàn)低壓下的平均火焰高度要顯著高于常壓環(huán)境下的平均火焰高度。通過分析火羽流基本物理模型，建立了量化兩地空氣卷吸差別的方法，對經(jīng)典火焰高度物理模型進(jìn)行了修正。引入了虛點(diǎn)源理論，考慮其與火焰火源功率、火焰尺寸和大氣環(huán)境等因素之間的耦合關(guān)系，得到了兩種氣壓環(huán)境下虛點(diǎn)源無量綱模型。并通過虛點(diǎn)源模型修正了自由擴(kuò)散射流火焰中心線溫度分布

5、三段模型。另外，通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)了氣壓越低推舉高度越大的現(xiàn)象。通過分析經(jīng)典火焰推舉模型及其中受到壓力影響的關(guān)鍵性因素，發(fā)現(xiàn)了不同氣壓下火焰推舉產(chǎn)生差異的根本原因，修正了Kalghatgi經(jīng)典火焰推舉模型。
　　研究了合肥和拉薩兩種氣壓條件水平環(huán)境風(fēng)作用下的擴(kuò)散射流火焰演化過程，發(fā)現(xiàn):1）在常壓環(huán)境中，隨著風(fēng)速的增加，火焰形態(tài)和顏色都會(huì)發(fā)生顯著的變化。火焰跡線長度先隨著風(fēng)速的增加而逐步減小，而后會(huì)達(dá)到一個(gè)最小值，最后將保持相對穩(wěn)定或者

6、被拉長。而在低壓環(huán)境中，隨著風(fēng)速的增加，火焰長度則保持單調(diào)減小的趨勢。另外，通過分析經(jīng)典的理論模型，得到了兩種氣壓環(huán)境下火焰長度的預(yù)測模型;2）還研究了高原低壓和平原常壓水平環(huán)境風(fēng)作用下火焰的吹熄極限，發(fā)現(xiàn)兩種環(huán)境下吹熄臨界風(fēng)速都先隨著燃料噴出速度的增加而逐步增加，到達(dá)一個(gè)最大值之后又隨著燃料噴出速度的增加而減小。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)低氧低壓環(huán)境(64kPa)下的吹熄臨界風(fēng)速顯著低于常壓環(huán)境(100kPa)(約為1/3)。研究了環(huán)境風(fēng)作用下的火焰