航空煤油池火熱輻射特性及熱傳遞研究.pdf

1、在石油、化工等行業(yè)的生產(chǎn)過程以及飛機(jī)、船舶等交通運(yùn)輸過程中，由于燃油泄漏引發(fā)的火災(zāi)頻繁發(fā)生，不斷造成災(zāi)難性后果。航空煤油是一類燃燒熱值高、危險(xiǎn)性大的燃料，是燃油泄漏火災(zāi)中的重大危險(xiǎn)源。因此，研究航空煤油池火熱輻射特性及熱傳遞規(guī)律，對(duì)航空煤油池火災(zāi)蔓延的控制和撲救，降低火災(zāi)的危害性具有重要意義。 典型的燃油泄漏火災(zāi)多是一種有風(fēng)作用下的液態(tài)池火燃燒。有風(fēng)作用下的航空煤油池火羽流形態(tài)、熱輻射特性、熱傳遞模式等與無(wú)風(fēng)自由燃燒狀態(tài)存在很大

2、差異。論文通過理論分析和模擬實(shí)驗(yàn)，研究了無(wú)風(fēng)和有風(fēng)條件下航空煤油池火羽流形態(tài)特征；隨后對(duì)航空煤油池火焰熱輻射特性開展研究，建立油池火焰雙區(qū)域輻射模型，并對(duì)油池燃燒的對(duì)外熱傳遞規(guī)律進(jìn)行探討。論文的具體工作包括： 利用火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大空間火災(zāi)試驗(yàn)廳和燃燒風(fēng)洞試驗(yàn)廳，開展航空煤油池火燃燒實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中油池直徑有0.15m、0.20m、0.30m和0.60m四種，風(fēng)速范圍為0～3.5m/s。利用質(zhì)量稱重系統(tǒng)研究航空煤油燃燒速率變化

3、，利用CCD攝像獲取火焰圖像對(duì)油池羽流形態(tài)進(jìn)行研究，借助譜色測(cè)溫方法測(cè)量池火焰溫度分布，利用熱流計(jì)測(cè)量距油池中心不同距離的熱流分布。 研究了不同風(fēng)速條件下航空煤油池火燃燒速率的變化規(guī)律。結(jié)果表明，無(wú)風(fēng)條件下，航空煤油池火燃燒速率隨油池直徑增加而增大。有風(fēng)條件下，小直徑油池的燃燒速率隨風(fēng)速的增加呈現(xiàn)非單調(diào)性變化，對(duì)于較大直徑油池，燃燒速率在實(shí)驗(yàn)風(fēng)速范圍內(nèi)基本保持不變。 通過理論分析，建立了無(wú)風(fēng)條件下火焰高度與油池直徑、燃燒

4、速率的函數(shù)關(guān)系，表明火焰高度Hf/D隨Fc數(shù)的2/3次方變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合了相關(guān)參數(shù)值，建立了無(wú)風(fēng)條件下火焰高度的預(yù)測(cè)模型。引入理查森數(shù)Ri-1擬合建立了有風(fēng)條件下池火焰高度的預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明，不同直徑油池均存在臨界Ri-1值，小于此臨界值時(shí)，無(wú)量綱平均火焰高度隨lngRi-1的增加而線性減小，大于此臨界值，無(wú)量綱火焰高度基本保持不變：隨著油池直徑增加，臨界Ri-1值變大，穩(wěn)定的無(wú)量綱平均火焰高度減少。 引用譜色測(cè)溫法對(duì)航

5、空煤油池火焰溫度分布進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，燃料表面區(qū)域溫度相對(duì)較低，在連續(xù)火焰區(qū)上部，隨著高度的增加火焰溫度上升，在火焰上部的間歇區(qū)，火焰溫度在軸向高度上的變化比較紊亂，彌散程度較大；不同直徑油池火焰平均溫度分布在1180K～1220K間。研究了油池火焰輻射發(fā)射率與直徑的關(guān)系式，得到了航空煤油火焰輻射發(fā)射率隨油池直徑的變化規(guī)律。 針對(duì)傳統(tǒng)的固體火焰輻射模型沒有考慮油池燃燒的脈動(dòng)以及在火焰不同區(qū)域的分布特點(diǎn)，研究建立了油池火焰雙

6、區(qū)域的輻射模型。結(jié)果表明，連續(xù)火焰區(qū)和間歇火焰區(qū)輻射發(fā)射功率均隨直徑增加而增加，在直徑較小時(shí)間歇區(qū)輻射發(fā)射功率大于連續(xù)區(qū)，隨著直徑增加，間歇區(qū)與連續(xù)區(qū)的輻射發(fā)射功率逐漸相近。航空煤油整個(gè)火焰區(qū)的平均輻射發(fā)射功率值范圍在70kW/m2～110kW/m2。研究表明，小直徑油池火焰輻射發(fā)射功率主要取決于連續(xù)火焰區(qū)Econ。隨著直徑的增加，間歇火焰區(qū)的面積增大，同時(shí)間歇火焰區(qū)的輻射發(fā)射功率也隨著燃燒的加劇而升高，因此火焰平均輻射發(fā)射功率將主要取

7、決于間歇火焰區(qū)Einter。 分析了油池燃燒的熱平衡方程，研究了不同直徑油池燃燒對(duì)外熱傳遞的輻射熱分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明，輻射熱分?jǐn)?shù)范圍分布在0.25～0.32，并隨著油池直徑的增加而增加。 實(shí)驗(yàn)研究了無(wú)風(fēng)條件下油池燃燒對(duì)外熱輻射傳遞規(guī)律，并與火源的點(diǎn)源模型和圓柱模型計(jì)算值進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，無(wú)風(fēng)條件下輻射熱流在油池液面高度隨著R/D的增大呈指數(shù)衰減，這與點(diǎn)源模型和圓柱模型計(jì)算值變化趨勢(shì)一致；有風(fēng)條件下，直徑0.15m油池