水蒸氣對擴散火焰煙黑生成影響及火焰煙黑濃度檢測研究.pdf

1、礦井火災是礦山的五大自然災害之一。礦井火災會造成重大人身傷亡和經(jīng)濟損失，其中礦井火災事故中的遇難者95％以上死于煙氣（主要成分是煙黑）中毒。火災煙氣中的主要成分是煙黑，煙黑是碳氫燃料不完全燃燒的產(chǎn)物。礦井內大都是高濕的環(huán)境，有些相對濕度甚至達到了100%，這種高濕環(huán)境會影響煙黑的生成特性。因此，研究水蒸氣影響烷烴燃料煙黑生成特性的內在機理，可以提高礦井內高濕環(huán)境下煙氣生成和蔓延預測的準確性，對火災中煙氣控制、人員疏散救援具有重要的現(xiàn)實意

2、義和科學價值。
　　燃燒診斷技術是研究高濕環(huán)境下火焰碳黑生成特性的主要手段。在已有檢測火焰溫度和煙黑濃度的雙色法基礎上，以實驗室甲烷/空氣層流擴散火焰為研究對象，提出了基于模擬標定的火焰溫度和煙黑濃度分布的重建算法。該算法將數(shù)值模擬和小尺寸實驗相結合，分為模擬標定和三維重建兩個過程。首先，利用數(shù)值模擬計算得到層流擴散火焰的溫度和煙黑濃度值，利用輻射強度公式得到火焰的輻射強度；同時利用CCD攝像機拍攝相同工況下的小尺寸火焰圖片，得到

3、相應的R、G、B值；從而擬合得到火焰圖像RGB值與光譜輻射強度的關系。其次，根據(jù)模擬標定得到的RGB值與光譜輻射強度的關系，將其他工況下拍攝得到的火焰RGB圖像轉化為光譜輻射強度圖像，再根據(jù)火焰光譜輻射特性逆向重構火焰各處的溫度和煙黑濃度值。根據(jù)該原理利用MATLAB編寫了相對應的火焰圖像處理程序，運用該算法測量了層流甲烷/空氣擴散火焰的溫度和煙黑濃度分布，并與數(shù)值模擬結果相比較，驗證了該重建算法應用于層流擴散火焰中的合理性。
　

4、　選用甲烷氣體為燃料，利用數(shù)值模擬方法研究了水蒸氣對層流擴散火焰中煙黑生成的影響。模擬采用Moss-Brookes煙黑模型、24步氣相反應機理及Discrete Ordinates(DO)輻射模型模擬不同水蒸氣含量下甲烷擴散火焰中煙黑的生成和氧化。根據(jù)模擬計算結果，分析了水蒸氣對層流擴散火焰中煙黑生成的影響機理。水蒸氣對甲烷/空氣層流擴散火焰中煙黑生成的影響主要反映在煙黑的生長和氧化速率上：一方面，水蒸氣的存在能夠降低甲烷火焰的溫度，從