雙線性浮力主控湍流擴(kuò)散射流火焰融合機(jī)制與火焰高度演化.pdf

1、近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，以人為本的理念和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)極大的改變了中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)。便于運(yùn)輸和清潔高效的氣態(tài)能源正以不可阻擋的姿態(tài)走進(jìn)人們的日常生活。然而由于各種各樣的原因，超長(zhǎng)燃?xì)夤芫€經(jīng)常發(fā)生火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性質(zhì)的事故，嚴(yán)重破壞了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。一般來(lái)說(shuō)，高壓輸送燃?xì)獾钠屏压芫€根據(jù)其根部火源形狀和較大的燃?xì)鈬姵鏊俣?，可近似處理為線性湍流擴(kuò)散射流火。在多處管道破裂時(shí)，因火焰間的相互作用而導(dǎo)致火焰被拉長(zhǎng)，火焰方向改變，極有可

2、能導(dǎo)致火旋風(fēng)的形成，這種群發(fā)性火災(zāi)的火焰融合行為使得火災(zāi)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(diǎn)及其規(guī)律，對(duì)于防止射流火焰融合導(dǎo)致更大損失，具有重要意義。
　　前人對(duì)多火焰相互作用行為特征進(jìn)行了廣泛的研究。然而，大量的研究工作主要探究的是軸對(duì)稱火焰相互作用行為受燃料類型，擴(kuò)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(duì)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(guān)于雙線性層流擴(kuò)散火焰相互作用的研究報(bào)道

3、，但雙線性浮力主控湍流擴(kuò)散火焰相互作用機(jī)制還缺乏研究，由于湍流火焰的空氣卷吸機(jī)理與層流擴(kuò)散火焰存在顯著差異，因此，有必要展開(kāi)浮力主控湍流擴(kuò)散雙線性火焰相互作用的研究工作。
　　本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法從火焰融合機(jī)制與火焰高度演化特征的角度切入來(lái)探究火焰相互作用行為。本實(shí)驗(yàn)采用兩個(gè)完全一致的燃燒器，其內(nèi)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(shí)驗(yàn)以丙烷為燃料，燃料出口速度范圍0.23m/s-0.70m

4、/s，在計(jì)算Fr和Gr后，核實(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(wú)融合但有相互作用以及自由火焰狀態(tài)，值得注意的是，當(dāng)兩個(gè)火焰發(fā)生融合時(shí)，其火焰高度很明顯高于其相對(duì)應(yīng)流量下的單一自由火焰高度。與此同時(shí)，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(gè)復(fù)雜的、非單調(diào)的變化過(guò)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(kuò)散火焰推導(dǎo)出的融合臨界間距模型拓展并應(yīng)用到湍流擴(kuò)散火焰中，構(gòu)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(dá)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(shuō)與燃料出口速度呈2/3次方的關(guān)系。并提出了“有效”卷吸周長(zhǎng)作為特征長(zhǎng)