雙線性浮力主控湍流擴散射流火焰融合機制與火焰高度演化.pdf

1、近年來，隨著中國經(jīng)濟和科技的發(fā)展，以人為本的理念和環(huán)保意識的增強極大的改變了中國的能源結構。便于運輸和清潔高效的氣態(tài)能源正以不可阻擋的姿態(tài)走進人們的日常生活。然而由于各種各樣的原因，超長燃氣管線經(jīng)常發(fā)生火災、爆炸等災難性質的事故，嚴重破壞了人們的生命和財產(chǎn)安全。一般來說，高壓輸送燃氣的破裂管線根據(jù)其根部火源形狀和較大的燃氣噴出速度，可近似處理為線性湍流擴散射流火。在多處管道破裂時，因火焰間的相互作用而導致火焰被拉長，火焰方向改變，極有可

2、能導致火旋風的形成，這種群發(fā)性火災的火焰融合行為使得火災更具破壞性和失控性。因而研究射流火焰相互作用的行為特點及其規(guī)律，對于防止射流火焰融合導致更大損失，具有重要意義。
　　前人對多火焰相互作用行為特征進行了廣泛的研究。然而，大量的研究工作主要探究的是軸對稱火焰相互作用行為受燃料類型，擴散火焰類型，燃燒器數(shù)量及其分布和燃燒器間距的影響。而對于雙線性火焰的相互作用行為的研究仍顯著缺乏，盡管已有關于雙線性層流擴散火焰相互作用的研究報道

3、，但雙線性浮力主控湍流擴散火焰相互作用機制還缺乏研究，由于湍流火焰的空氣卷吸機理與層流擴散火焰存在顯著差異，因此，有必要展開浮力主控湍流擴散雙線性火焰相互作用的研究工作。
　　本文通過實驗的方法從火焰融合機制與火焰高度演化特征的角度切入來探究火焰相互作用行為。本實驗采用兩個完全一致的燃燒器，其內縫尺寸為2mm×142.5mm，燃燒器底部放置在高于水平地面0.4m的高度處。實驗以丙烷為燃料，燃料出口速度范圍0.23m/s-0.70m

4、/s，在計算Fr和Gr后，核實本文火焰狀態(tài)均為浮力主控湍流火焰。燃燒器間距的范圍為0-1m。實驗結果表明，隨著燃燒器間距的增加，雙火焰間的相互作用可將火焰形態(tài)劃分為連續(xù)性融合、間歇性融合、無融合但有相互作用以及自由火焰狀態(tài)，值得注意的是，當兩個火焰發(fā)生融合時，其火焰高度很明顯高于其相對應流量下的單一自由火焰高度。與此同時，火焰高度隨著燃燒器間距的增大先減小后增大，并最終不斷趨近于單一自由火焰高度，這是一個復雜的、非單調的變化過程，與前人

5、在層流火焰中所觀察到的規(guī)律截然不同，并且發(fā)現(xiàn)最小火焰高度恰巧出現(xiàn)在融合臨界間距處，且該處的火焰高度低于單一自由火焰高度。
　　本文將Kuwana等人根據(jù)層流擴散火焰推導出的融合臨界間距模型拓展并應用到湍流擴散火焰中，構建了火焰融合概率模型和融合臨界間距模型。發(fā)現(xiàn)了火焰融合概率模型可表達為三段函數(shù)的形式，融合臨界間距模型表明融合臨界間距正比于單一自由火焰高度，或者說與燃料出口速度呈2/3次方的關系。并提出了“有效”卷吸周長作為特征長