池火火焰光學(xué)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(dòng)量的燃料發(fā)生的，浮力主控的擴(kuò)散燃燒現(xiàn)象。現(xiàn)實(shí)中的很多燃燒情形都可以在研究中被歸類為池火。例如點(diǎn)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(zāi)、沿海的大型儲(chǔ)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(zāi)燃燒釋放的重要能量，火焰輻射的研究對(duì)于揭示池火燃燒機(jī)理、發(fā)展火災(zāi)防治技術(shù)均有重要的理論與實(shí)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(shí)際上在真實(shí)的火災(zāi)場(chǎng)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(dǎo)、對(duì)流、輻射主控的不同熱物理機(jī)制。
　　本文以輻射傳熱、燃燒學(xué)、火災(zāi)學(xué)的經(jīng)典理論作為立足點(diǎn)，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(jìn)行正庚烷池火燃燒實(shí)驗(yàn)

3、，從光學(xué)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?jǐn)?shù)與環(huán)境壓力、油盤尺寸等邊界條件的相關(guān)性。
　　首先在理論上利用圓柱狀火焰模型和角系數(shù)計(jì)算，建立了火焰消光系數(shù)、炭黑體積分?jǐn)?shù)與光學(xué)厚度修正計(jì)算的相關(guān)表達(dá)式，并將其應(yīng)用于火焰發(fā)射率的計(jì)算中。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)環(huán)境壓力對(duì)光學(xué)厚度修正系數(shù)的影響源于火焰溫度、炭黑體積分?jǐn)?shù)、輻射熱流的共同作用:炭黑體積分?jǐn)?shù)是影響光學(xué)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(jì)算方法會(huì)使得發(fā)射率的計(jì)算結(jié)果偏高。并且這種高估會(huì)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?jǐn)?shù)明顯減小。光學(xué)薄極限的假設(shè)更適用于低壓、小尺寸池火的情況。當(dāng)油盤直徑大于30cm以后，在計(jì)算輻射發(fā)射率時(shí)采用光學(xué)薄極限假設(shè)，會(huì)產(chǎn)生較大誤差。
　　此外，從滯留層的理論出發(fā)，建立傳導(dǎo)、對(duì)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(duì)燃燒速率在變環(huán)境壓力下的取值進(jìn)行估算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及前人研究結(jié)論進(jìn)行對(duì)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(jì)算表達(dá)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(duì)較大尺寸池火，常壓下的燃燒速率較高。
　　對(duì)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(guān)于以上參量的相關(guān)性公式，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。基于光學(xué)薄極限假設(shè)，得到火焰溫度與環(huán)境壓力