低氣壓環(huán)境對(duì)池火火行為及羽流特性的影響機(jī)理研究.pdf

1、火災(zāi)會(huì)嚴(yán)重威脅人員和財(cái)產(chǎn)安全，低氣壓條件不僅會(huì)影響燃燒過程的物理和化學(xué)反應(yīng)，而且會(huì)改變?nèi)剂先紵匦?，產(chǎn)生于常壓條件下明顯不同的燃燒特征和火行為特性。特殊的高海拔（低氣壓）環(huán)境會(huì)出現(xiàn)在許多場(chǎng)景下，如高原地區(qū)和航空飛行環(huán)境。高原地區(qū)大約占中國(guó)陸地面積的三分之一，特別對(duì)平均海拔超過4000m的青藏高原來說，其上建有超過1000處的歷史建筑。最近，航空工業(yè)也得到迅速發(fā)展，航空飛行環(huán)境具有典型的低氣壓環(huán)境特征，客機(jī)巡航高度在9000m以上。因此，

2、深入了解低壓下的火災(zāi)燃燒特性對(duì)高海拔防火具有重大的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　為了評(píng)估高海拔地區(qū)較大尺度火災(zāi)的危險(xiǎn)性，分別在合肥(海平面高度城市，50m/100.8kPa)和拉薩(西藏城市，3650m/64.3kPa)進(jìn)行了Jet-A和正庚烷油池火實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，質(zhì)量燃燒速率正比于壓力的2/3次方，與壓力模型的理論預(yù)測(cè)結(jié)果一致。然而，正庚烷薄層火的燃燒速率變化僅與壓力呈弱相關(guān)，這可用沸騰燃燒相關(guān)理論進(jìn)行解釋。頂棚的引入不僅加

3、速了質(zhì)量燃燒速率，而且提高了火焰中心線溫度，但是研究發(fā)現(xiàn)在拉薩地區(qū)火焰中心線溫度對(duì)到頂棚的影響相對(duì)較小。隨著對(duì)正庚烷的熱釋放速率測(cè)量結(jié)果表明:燃燒效率Xa和對(duì)流熱分?jǐn)?shù)Xc隨著壓力的下降會(huì)有少許上升，而輻射分?jǐn)?shù)Xt與壓力不相關(guān)（或弱相關(guān)）。
　　為了進(jìn)一步研究低氣壓環(huán)境對(duì)燃料燃燒速率和火羽流特征的影響，分別在合肥和拉薩對(duì)不同尺寸圓形油池（直徑:4cm-14cm）正庚烷池火進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論分析。從結(jié)果看，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)階段和沸騰階段的平均

4、燃燒速率一致表明，指數(shù)α(m(")～Pα)會(huì)隨著傳熱主導(dǎo)因素的變化而變化，如熱傳導(dǎo)階段α≤O，熱對(duì)流階段α=2/3。另外，通過分析可知，火焰高度、軸向火焰溫度和羽流溫度均與無(wú)量綱熱釋放速率Q*～ Q/(PD5/2)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)可由低壓下的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果得出?？傊?，對(duì)于相同尺寸的油池，火焰高度和羽流溫度隨著壓力的冪函數(shù)上升而上升。
　　為了擴(kuò)展測(cè)試實(shí)驗(yàn)壓力點(diǎn)，從而更深入地研究壓力對(duì)池火火行為的影響，在位于合肥火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

5、的低壓艙（即可控壓力裝置）內(nèi)開展了一系列池火實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)主要討論了小尺寸圓形正庚烷池火在不同靜態(tài)艙室壓力(40kPa、60kPa、80kPa和100kPa)下的燃燒特性和火羽流特征。每組實(shí)驗(yàn)過程中均記錄有燃料質(zhì)量燃燒速率及火焰視頻。結(jié)果表明，質(zhì)量燃燒速率主要通過火焰對(duì)油池表面的熱反饋所決定，而對(duì)于實(shí)驗(yàn)小尺度油池，對(duì)流熱反饋是燃料氣化蒸發(fā)的主要原因。通過對(duì)火焰視頻分析的研究表明，火焰高度隨著壓力的下降而上升，這一點(diǎn)通過無(wú)量綱分析同樣可以