不同受限條件下雙方形對(duì)稱火源相互作用燃燒行為研究.pdf

1、兩個(gè)及以上的鄰近火源同時(shí)燃燒稱為多火源燃燒。多火源燃燒多發(fā)生于森林和城市等典型的具有離散可燃物場(chǎng)景中，一旦出現(xiàn)，易發(fā)展成為極具危險(xiǎn)性的區(qū)域大火。當(dāng)火源相互靠近時(shí)，多火源之間競(jìng)爭(zhēng)卷吸空氣形成的內(nèi)外壓差將導(dǎo)致火焰傾斜甚至融合?；鹧嫒诤峡稍黾踊鹧娓叨群腿紵俾?，在一定條件下可能誘發(fā)火旋風(fēng)和飛火等特殊的火現(xiàn)象，增加火災(zāi)引燃和火蔓延的可能性。在多火源疊加熱輻射作用下，受限空間的多火源火災(zāi)更具破壞性和失控性。深刻認(rèn)識(shí)不同受限條件下多火點(diǎn)火災(zāi)發(fā)展的特

2、殊規(guī)律，對(duì)提高森林和城市火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警和防控能力有極其重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法系統(tǒng)揭示了開放空間、非受限頂棚和狹長(zhǎng)受限空間內(nèi)雙方形對(duì)稱火源的燃燒行為。具體工作包括:
　　開展開放空間雙方形火源燃燒的實(shí)驗(yàn)，研究火焰形態(tài)、燃燒速率和火焰對(duì)外輻射特性。首先，以丙烷氣體為燃料，采用基于統(tǒng)計(jì)學(xué)概念的火焰融合概率來(lái)量化火焰融合程度;推導(dǎo)了受限區(qū)和非受限區(qū)卷吸速率耦合關(guān)系，建立了雙氣體火火焰高度分段預(yù)測(cè)模型，在

3、此基礎(chǔ)上建立了考慮火焰傾角的雙長(zhǎng)方體火焰模型來(lái)計(jì)算雙火焰對(duì)外部水平朝向目標(biāo)的輻射熱流，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了模型預(yù)測(cè)精度。其次，以庚烷液體為燃料，建立了疊加熱反饋?zhàn)饔孟碌娜紵俾试隽磕Ｐ?提出基于火焰體積比的權(quán)重多點(diǎn)源模型計(jì)算雙火焰對(duì)外部豎直朝向火焰目標(biāo)的輻射熱流，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和已有經(jīng)典模型對(duì)比驗(yàn)證了模型預(yù)測(cè)精度。
　　開展非受限頂棚下方雙方形火源燃燒的實(shí)驗(yàn)，研究頂棚高度、火源功率和間距對(duì)頂棚縱、橫向火焰長(zhǎng)度以及頂棚縱向溫度的影響

4、。揭示了頂棚縱、橫向火焰長(zhǎng)度隨著間距的增加分別增加和減小的規(guī)律;基于能量守恒，引入頂棚剩余火源功率并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別建立了縱、橫向火焰長(zhǎng)度預(yù)測(cè)模型。發(fā)現(xiàn)頂棚縱向最高溫度受間距影響較小，從而基于單火羽流理論建立了頂棚下方最高溫度預(yù)測(cè)模型;對(duì)比發(fā)現(xiàn)Heskestad和Hamada基于單火源在強(qiáng)羽流驅(qū)動(dòng)下的頂棚溫度分布規(guī)律不再適用于雙火源的情況，引入自由火焰高度來(lái)修正羽流半徑，從而建立了雙強(qiáng)羽流的頂棚溫度衰減預(yù)測(cè)模型。
　　開展狹長(zhǎng)受限

5、空間內(nèi)雙火源放置于縱向中心線上燃燒的實(shí)驗(yàn)，研究頂棚溫度分布、燃燒速率、火焰形態(tài)和對(duì)外輻射。首先，以丙烷氣體為燃料，建立了雙火源分別在弱羽流和強(qiáng)羽流驅(qū)動(dòng)下的頂棚縱向溫度衰減模型;引入有效卷吸周長(zhǎng)，建立了豎向與頂棚縱向總火焰長(zhǎng)度與無(wú)量綱火源功率的關(guān)系式。其次，以庚烷液體為燃料，揭示了燃燒速率隨間距的減小先增加而后減小的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在確定的油池尺寸下，位于縱向中心線上的雙火源產(chǎn)生的最大總熱釋放速率是單火源受限燃燒的4倍以上;基于量綱分析并引