高原環(huán)境下壓力影響氣體燃燒特征和煙氣特性的實(shí)驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、我國歷史悠久,各地分布著眾多的古建筑等文化遺產(chǎn),特別是青藏高原上的西藏自治區(qū),擁有大量的藏傳佛教寺廟類文物古建筑。這些文物古建筑大多是木制結(jié)構(gòu)或者石木混合結(jié)構(gòu),火災(zāi)載荷大,耐火等級低,而且其內(nèi)部還要大量易燃物品,防火形勢十分嚴(yán)峻。由于高原地區(qū)的地理地域特點(diǎn),現(xiàn)有的消防技術(shù)手段是否適用尚沒有進(jìn)行過專門研究。因此,迫切需要對高原地區(qū)的火災(zāi)防治開展研究,而對高原特殊低壓低氧環(huán)境下燃燒特征和煙氣特性的研究則是火災(zāi)防治研究的基礎(chǔ),是建筑防火設(shè)計(jì)和

2、火災(zāi)探測的科學(xué)依據(jù)。
　　 隨著海拔高度的增加,或者說環(huán)境壓力的降低,空氣密度、氧氣質(zhì)量濃度、摩爾擴(kuò)散系數(shù)等都將隨之改變,這些條件的變化必然會對燃燒反應(yīng)過程、煙氣運(yùn)動蔓延等產(chǎn)生一定的影響。對于固體和液體可燃物而言,壓力對燃燒的影響相當(dāng)復(fù)雜,這大概可以歸結(jié)為兩個(gè)方面:首先,壓力會影響燃燒本身的燃燒速率,隨著海拔高度的增加燃燒速率將會減慢;其次,壓力的變化會改變空氣中氧氣的質(zhì)量濃度,羽流卷吸空氣的流量等,從而影響其他相關(guān)的火災(zāi)參數(shù)（

3、如火焰高度、火焰和羽流溫度、煙氣濃度等）;而這些參數(shù)同時(shí)也是受燃燒速率（或者說熱釋放速率）控制的。即是說這些參量受到壓力的二次影響,很難直接分析它們與壓力之間的依賴關(guān)系。因此,本文選取可燃?xì)怏w的燃燒過程為主要分析對象,通過控制氣體質(zhì)量流量來保證恒定的燃燒速率,從而消除由于環(huán)境壓力造成的燃燒速率的差異,以便于實(shí)驗(yàn)測量和簡化分析。
　　 環(huán)境壓力的變化會從物理機(jī)理和化學(xué)反應(yīng)機(jī)制等方面對燃燒過程產(chǎn)生影響。本文首先依據(jù)燃燒學(xué)、火災(zāi)學(xué)等經(jīng)

4、典理論并結(jié)合半理論性或經(jīng)驗(yàn)性模型,定性分析了環(huán)境壓力對于可燃物燃燒特征和煙氣特性的影響機(jī)理,推導(dǎo)出火焰高度、火焰和羽流溫度、碳顆粒和煙氣組分濃度、火焰熱輻射等相關(guān)火災(zāi)參數(shù)隨壓力的變化趨勢,為下一步的研究提供指導(dǎo)和參考。
　　 為了研究高原特殊低壓低氧環(huán)境下的燃燒特征和煙氣特性,本文在拉薩和合肥兩地進(jìn)行了對比燃燒實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中使用數(shù)字?jǐn)z像儀記錄火焰高度和形狀,使用熱電偶和紅外熱像儀測量火焰和羽流的溫度,使用激光煙密度計(jì)測量煙氣的透射

5、率,使用煙氣組分分析儀測量煙氣中一氧化碳的體積分?jǐn)?shù),使用輻射熱流計(jì)測量火焰的輻射熱通量。通過實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的比較分析,在定性分析的基礎(chǔ)上,得出了環(huán)境壓力影響可燃物燃燒特征和煙氣特性的半定量規(guī)律,為高原地區(qū)的火災(zāi)防治和火災(zāi)探測提供科學(xué)依據(jù)。除了現(xiàn)場實(shí)地實(shí)驗(yàn),本文也設(shè)計(jì)了低壓實(shí)驗(yàn)艙來獲得低氣壓環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了在平原地區(qū)對高原地區(qū)低壓低氧環(huán)境的模擬。借助此實(shí)驗(yàn)平臺,可以在較寬的環(huán)境壓力范圍內(nèi)開展實(shí)驗(yàn),得出更多不同條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　 在