低氣壓環(huán)境對池火火行為及羽流特性的影響機理研究.pdf

1、火災會嚴重威脅人員和財產安全，低氣壓條件不僅會影響燃燒過程的物理和化學反應，而且會改變燃料燃燒特性，產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)境會出現在許多場景下，如高原地區(qū)和航空飛行環(huán)境。高原地區(qū)大約占中國陸地面積的三分之一，特別對平均海拔超過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，客機巡航高度在9000m以上。因此，

2、深入了解低壓下的火災燃燒特性對高海拔防火具有重大的科學意義和工程應用價值。
　　為了評估高海拔地區(qū)較大尺度火災的危險性，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)進行了Jet-A和正庚烷油池火實驗。實驗結果表明，質量燃燒速率正比于壓力的2/3次方，與壓力模型的理論預測結果一致。然而，正庚烷薄層火的燃燒速率變化僅與壓力呈弱相關，這可用沸騰燃燒相關理論進行解釋。頂棚的引入不僅加

3、速了質量燃燒速率，而且提高了火焰中心線溫度，但是研究發(fā)現在拉薩地區(qū)火焰中心線溫度對到頂棚的影響相對較小。隨著對正庚烷的熱釋放速率測量結果表明:燃燒效率Xa和對流熱分數Xc隨著壓力的下降會有少許上升，而輻射分數Xt與壓力不相關（或弱相關）。
　　為了進一步研究低氣壓環(huán)境對燃料燃燒速率和火羽流特征的影響，分別在合肥和拉薩對不同尺寸圓形油池（直徑:4cm-14cm）正庚烷池火進行了實驗測量和理論分析。從結果看，準穩(wěn)態(tài)階段和沸騰階段的平均

4、燃燒速率一致表明，指數α(m(")～Pα)會隨著傳熱主導因素的變化而變化，如熱傳導階段α≤O，熱對流階段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量綱熱釋放速率Q*～ Q/(PD5/2)相關，其相關系數可由低壓下的實驗測量結果得出。總之，對于相同尺寸的油池，火焰高度和羽流溫度隨著壓力的冪函數上升而上升。
　　為了擴展測試實驗壓力點，從而更深入地研究壓力對池火火行為的影響，在位于合肥火災科學國家重點實驗室

5、的低壓艙（即可控壓力裝置）內開展了一系列池火實驗研究。實驗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。每組實驗過程中均記錄有燃料質量燃燒速率及火焰視頻。結果表明，質量燃燒速率主要通過火焰對油池表面的熱反饋所決定，而對于實驗小尺度油池，對流熱反饋是燃料氣化蒸發(fā)的主要原因。通過對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，這一點通過無量綱分析同樣可以