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門損壞引起的氣體泄漏可以抽象為軸對稱火源;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;我國近年來屢屢發(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稱、矩形或者線性火源誘導(dǎo)的火災(zāi)。從火源形狀上來講大部分可以近似處理為矩形火源。當(dāng)火源的長邊與短邊基本一致時，可以抽象為軸對稱火源;而當(dāng)火源的長邊比短邊大很多時，則可以抽象為線性火源。前人研究大都針對上面兩

2、種火源類型給出相應(yīng)的規(guī)律，相比之下，對于軸對稱火源進行了較多研究，而對線性火源引發(fā)的火災(zāi)則研究的相對較少;對于介于兩種火源之間的更為常見的矩形火源，還未有系統(tǒng)研究。本文針對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稱火源誘導(dǎo)的頂棚射流規(guī)律，并揭示了二者的異同點;最后

3、將部分研究結(jié)論向高原低壓環(huán)境進行了推廣。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展了火焰高度實驗研究。首先利用1∶1寬長比的噴嘴進行實驗，驗證了Quintiere和Grove的理論分析結(jié)果對本實驗的適用性，同時驗證了本實驗數(shù)據(jù)結(jié)果的可信性。其次，在寬長比在1∶2到1∶71的范圍內(nèi)對每個噴嘴的火焰高度數(shù)據(jù)進行擬合，得到與每個噴嘴對應(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)測模型。研究結(jié)果表明:對于軸對稱的燃燒器，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)與其他種類的火源的卷吸系數(shù)基本相等;顯式火焰高度預(yù)測模型在實驗火焰功率范圍內(nèi)能較好的預(yù)測實際火焰高度值。
　　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)擬合或者進行數(shù)值計算得出，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，通過實驗研究來驗證理論關(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、通過實驗研究，得到了軸對稱火源頂棚射流情況下的頂棚溫度分布及火焰擴展長度規(guī)律，提出了新的頂棚溫度和火焰擴展長度關(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，通過對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)域都比軸對稱情況要小。通過實驗與理論分析相結(jié)合的方式研究了軸對稱火源強羽流驅(qū)動的頂棚射流的溫度分布規(guī)律、火焰擴展長度和線性火源誘導(dǎo)的頂棚射流的

7、溫度分布規(guī)律，完善了Heskestad和Delichatsios的強羽流驅(qū)動的頂棚射流理論，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。通過對比研究合肥和拉薩兩地實驗數(shù)據(jù)，驗證了拉薩地區(qū)與合肥地區(qū)卷吸強度差異。基于拉薩地區(qū)卷吸強度減弱的特點，給出了矩形火焰高度統(tǒng)一預(yù)測模型中對應(yīng)的Cf值，并進一步給出了重要參