不同火源形狀下射流火羽流及頂棚射流特征參數(shù)演化行為研究.pdf

1、現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)生的火災(zāi)可以呈現(xiàn)不同的火源形狀，例如:燃?xì)夤艿篱y門(mén)損壞引起的氣體泄漏可以抽象為軸對(duì)稱火源;輸電電纜的燃燒以及森林地表的火蔓延均可以抽象為線性火源;我國(guó)近年來(lái)屢屢發(fā)生的高層建筑火災(zāi)中的火溢流現(xiàn)象，也可以視火焰根部形狀抽象為軸對(duì)稱、矩形或者線性火源誘導(dǎo)的火災(zāi)。從火源形狀上來(lái)講大部分可以近似處理為矩形火源。當(dāng)火源的長(zhǎng)邊與短邊基本一致時(shí)，可以抽象為軸對(duì)稱火源;而當(dāng)火源的長(zhǎng)邊比短邊大很多時(shí)，則可以抽象為線性火源。前人研究大都針對(duì)上面兩

2、種火源類(lèi)型給出相應(yīng)的規(guī)律，相比之下，對(duì)于軸對(duì)稱火源進(jìn)行了較多研究，而對(duì)線性火源引發(fā)的火災(zāi)則研究的相對(duì)較少;對(duì)于介于兩種火源之間的更為常見(jiàn)的矩形火源，還未有系統(tǒng)研究。本文針對(duì)不同火源形狀條件下的火羽流及頂棚射流特征參數(shù)演化行為進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，揭示其火焰高度、中心線溫度及其誘導(dǎo)的頂棚射流相關(guān)規(guī)律。
　　本文首先研究了矩形射流火的火焰高度和中心線溫度規(guī)律;然后研究了線性火源與軸對(duì)稱火源誘導(dǎo)的頂棚射流規(guī)律，并揭示了二者的異同點(diǎn);最后

3、將部分研究結(jié)論向高原低壓環(huán)境進(jìn)行了推廣。具體的工作包括:
　　利用自制的截面面積相等的一系列矩形噴嘴作為燃燒器開(kāi)展了火焰高度實(shí)驗(yàn)研究。首先利用1∶1寬長(zhǎng)比的噴嘴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了Quintiere和Grove的理論分析結(jié)果對(duì)本實(shí)驗(yàn)的適用性，同時(shí)驗(yàn)證了本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的可信性。其次，在寬長(zhǎng)比在1∶2到1∶71的范圍內(nèi)對(duì)每個(gè)噴嘴的火焰高度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到與每個(gè)噴嘴對(duì)應(yīng)的重要參數(shù)C1的值。最后，在得出C1的基礎(chǔ)上給出矩形火焰高度的顯式數(shù)學(xué)

4、預(yù)測(cè)模型。研究結(jié)果表明:對(duì)于軸對(duì)稱的燃燒器，本研究得出的C1值與Quintiere和Grove給出的結(jié)果完全一致;C1值在1∶1到1∶71的范圍內(nèi)基本不隨寬長(zhǎng)比的變化而改變，并不存在從0.179至0.444的轉(zhuǎn)折，證明了線性火源的卷吸系數(shù)與其他種類(lèi)的火源的卷吸系數(shù)基本相等;顯式火焰高度預(yù)測(cè)模型在實(shí)驗(yàn)火焰功率范圍內(nèi)能較好的預(yù)測(cè)實(shí)際火焰高度值。
　　研究揭示了自由邊界條件下浮力羽流區(qū)中心線溫度分布規(guī)律。由于火焰區(qū)的溫度分析目前只能基于

5、數(shù)據(jù)擬合或者進(jìn)行數(shù)值計(jì)算得出，所以我們主要關(guān)注浮力羽流區(qū)的溫度分布規(guī)律。首先，假設(shè)羽流中心線弗洛德數(shù)為與出口速度相關(guān)的常數(shù)，從而推導(dǎo)出浮力羽流區(qū)中心線溫度的分布應(yīng)滿足的規(guī)律。其次，給出了羽流中心線弗洛德數(shù)隨火源弗洛德數(shù)的變化關(guān)系并給出了基于此關(guān)系所推出的理論公式的適用范圍。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究來(lái)驗(yàn)證理論關(guān)系式，結(jié)果表明基于此假設(shè)得出的理論模型能很好的描述羽流中心線溫度。
　　研究揭示了不同火源形狀下火羽流誘導(dǎo)的頂棚射流相關(guān)規(guī)律。首先

6、通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，得到了軸對(duì)稱火源頂棚射流情況下的頂棚溫度分布及火焰擴(kuò)展長(zhǎng)度規(guī)律，提出了新的頂棚溫度和火焰擴(kuò)展長(zhǎng)度關(guān)系式。其次研究了線性火源誘導(dǎo)的頂棚射流頂棚溫度分布規(guī)律。最后，通過(guò)對(duì)比揭示了兩種不同的火災(zāi)情況下二者之間的規(guī)律差異。值得注意的是同樣規(guī)模的火源功率下，線性火誘導(dǎo)的頂棚射流最高溫升和高溫區(qū)域都比軸對(duì)稱情況要小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方式研究了軸對(duì)稱火源強(qiáng)羽流驅(qū)動(dòng)的頂棚射流的溫度分布規(guī)律、火焰擴(kuò)展長(zhǎng)度和線性火源誘導(dǎo)的頂棚射流的

7、溫度分布規(guī)律，完善了Heskestad和Delichatsios的強(qiáng)羽流驅(qū)動(dòng)的頂棚射流理論，揭示了線性火弱羽流誘導(dǎo)的頂棚射流溫度分布規(guī)律。
　　最后本文研究了高原低壓低氧特殊環(huán)境（西藏拉薩地區(qū)）下矩形射流火火羽流的火焰高度、中心線溫度及其誘導(dǎo)的頂棚射流行為特性。通過(guò)對(duì)比研究合肥和拉薩兩地實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了拉薩地區(qū)與合肥地區(qū)卷吸強(qiáng)度差異?；诶_地區(qū)卷吸強(qiáng)度減弱的特點(diǎn)，給出了矩形火焰高度統(tǒng)一預(yù)測(cè)模型中對(duì)應(yīng)的Cf值，并進(jìn)一步給出了重要參