航空煤油火焰蔓延特性研究.pdf

1、隨著飛機(jī)、船舶等交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，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。航空煤油具有燃燒速度快、火勢(shì)兇猛、輻射熱強(qiáng)等特性，發(fā)生火災(zāi)時(shí)危害性極大，往往會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失和慘重人員傷亡。因此，充分認(rèn)識(shí)航空煤油火蔓延的基本特性和機(jī)理，對(duì)控制航空煤油火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展和撲救，降低火災(zāi)的危害性具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。航空煤油屬于高閃點(diǎn)多組分混合燃料（閃點(diǎn)為66℃），燃燒前的初始溫度一般都低于閃點(diǎn)，因此其初期的火焰蔓延過程主要是液相控制下

2、的火蔓延，與前入主要研究的酒精類低閃點(diǎn)單質(zhì)燃料有較大區(qū)別。因此，有必要針對(duì)航空煤油在液相控制模式下的火蔓延進(jìn)行研究，為航空煤油火災(zāi)的控制和滅火機(jī)理的研究提供理論依據(jù)。
　　 為研究航空煤油火焰液相控制下的蔓延過程，論文研制了航空煤油火焰蔓延實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：研究了液相控制模式下的火焰蔓延特性，包括火焰形態(tài)、蔓延速度和脈動(dòng)等：研究了火焰蔓延過程中燃料表面的溫度分布及其溫升：建立了表面流數(shù)學(xué)模型，給出了火焰蔓延過程中表面流速度和溫度分布特點(diǎn)

3、；建立了火焰脈動(dòng)數(shù)學(xué)模型，揭示了航空煤油火焰脈動(dòng)過程和燃料表面可燃蒸氣著火方式。論文的具體工作包括：
　　 研制了液體火蔓延特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。搭建了尺寸為1.00m（長(zhǎng)）x0.04m（寬）xO.lOm（深）油槽；利用CCD攝像對(duì)火焰位置和蔓延速度進(jìn)行研究；借助紅外攝像和微細(xì)熱電偶對(duì)火焰蔓延過程中液體表面及液面下溫度變化進(jìn)行測(cè)量：利用紋影儀對(duì)火焰前方的液體表面流進(jìn)行研究。
　　 實(shí)驗(yàn)研究了不同初始溫度條件下航空煤油火蔓延過程。

4、結(jié)果表明，航空煤油火焰由主火焰和閃燃火焰兩部分構(gòu)成。隨著燃料初始溫度升高，主火焰蔓延速度由初溫16℃時(shí)的O.6cm/s，增長(zhǎng)至70℃時(shí)的2em/s。73℃時(shí)的火焰蔓延由液相控制模式轉(zhuǎn)為氣相控制模式，主火焰蔓延速度也躍升至1 m/s。在液相控制條件下，不同初溫的航空煤油火焰始終以前展一后縮一前展水平脈動(dòng)方式向前蔓延。主火焰脈動(dòng)頻率具有多頻脈動(dòng)特征。推動(dòng)主火焰向前蔓延的主要是脈動(dòng)幅度較大的基頻?；l隨著燃料初始溫度的升高由16℃時(shí)的2.0H

5、z，增長(zhǎng)至70℃時(shí)的5.4Hz。而閃燃火焰具有低頻間斷脈動(dòng)的特征，其脈動(dòng)頻率基本分布在0.2Hz-1.0Hz之間。
　　 實(shí)驗(yàn)研究了航空煤油火焰鋒面前方液體表面溫度分布和溫升過程。結(jié)果表明：燃料初溫小于66℃時(shí)，燃料表面溫升緩慢，并會(huì)出現(xiàn)特有的溫升穩(wěn)定階段。當(dāng)燃料初始溫度大于66℃時(shí)，燃料表面溫度呈線性快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。在本文實(shí)驗(yàn)條件下，燃料表面最高溫度基本處在115℃-145℃的范圍內(nèi)?；鹧驿h面前方的液體表面升溫區(qū)可由預(yù)熱升溫區(qū)、

6、閃燃火焰升溫區(qū)和主火焰升溫區(qū)構(gòu)成。燃料初溫大于66℃時(shí)，只有閃燃火焰升溫區(qū)和主火焰升溫區(qū)?；鹧驿h面前方的表面流由弱擾動(dòng)區(qū)和強(qiáng)擾動(dòng)區(qū)構(gòu)成，隨著燃料初始溫度的升高，各區(qū)域長(zhǎng)度逐漸減小，且弱擾動(dòng)所占比例逐漸超過強(qiáng)擾動(dòng)。當(dāng)燃料初溫大于66℃時(shí)，整個(gè)表面流都為弱擾動(dòng)。表面流是火焰前方液面溫度分布的重要影響因素，強(qiáng)擾動(dòng)區(qū)上方液面溫度較低，溫度分布較均勻。弱擾動(dòng)區(qū)上方液面溫度呈線性快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。閃燃區(qū)主要處于弱擾動(dòng)區(qū)上方。
　　 建立了航空煤

7、油火焰蔓延的表面流穩(wěn)態(tài)模型，對(duì)表面流內(nèi)部溫度和速度分布進(jìn)行了分析，主要得出以下結(jié)論：溫度對(duì)航空煤油粘度的影響控制著表面流內(nèi)部溫度和速度分布，隨著與表面流出口距離的增加，表面流溫度逐漸降低，燃料粘度增大，所受的粘性剪切力也逐漸增強(qiáng)，最終在表面流鋒線附近形成強(qiáng)擾動(dòng)區(qū)域，表面流的速度和溫度在強(qiáng)擾動(dòng)區(qū)域發(fā)生突變，在強(qiáng)擾動(dòng)區(qū)域內(nèi)部溫度呈均勻分布狀態(tài)。隨著燃料初溫的升高，低溫燃料對(duì)表面流的粘性剪切擾動(dòng)逐漸減小，表面流內(nèi)部鋒線附近的溫升平臺(tái)和速度突變

8、現(xiàn)象逐漸消失，最終導(dǎo)致表面流強(qiáng)擾動(dòng)區(qū)域的寬度和厚度逐漸減小。隨著燃料初始溫度的升高，表面流體積慣性力與所受粘性剪切力的相互作用對(duì)表面流的影響逐漸減小，表面流雷諾數(shù)隨著燃料初溫的升高而減小，同時(shí)弱擾動(dòng)分離和轉(zhuǎn)捩時(shí)的雷諾數(shù)也隨著燃料初始溫度的升高而減小。航空煤油火焰鋒面前方表面流中也存在冷流現(xiàn)象，出現(xiàn)的位置為強(qiáng)擾動(dòng)中心偏上位置，主要是表面流回流過程中，部分低溫燃料被卷入表面流上層所致。
　　 建立了火焰鋒面前方的可燃蒸氣運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)