不同環(huán)境條件下擴散射流火焰形態(tài)特征與推舉、吹熄行為研究.pdf

1、擴散射流火焰因易于控制而在工業(yè)燃燒設備中應用十分廣泛，但是一些不受控制的擴散射流火焰也能給人們帶來巨大傷害。近年來，因燃氣管道破裂形成的擴散射流火災事故頻繁發(fā)生，造成了極大的人員傷亡和財產損失。因此，研究擴散射流火焰燃燒行為特征對工業(yè)燃燒設備的設計和安全高效運行以及相關的火災安全問題都具有重要的意義。
　　前人對常規(guī)條件下的擴散射流火焰燃燒行為已開展了大量的研究，且形成了較為成熟的理論。但是，對一些特殊環(huán)境條件（例如，高原低氧低壓

2、環(huán)境，低壓與環(huán)境風耦合環(huán)境以及微重力環(huán)境等）下的擴散射流火焰燃燒行為，人們卻研究得相對較少。隨著經濟的發(fā)展和科技的進步，人們在這種特殊環(huán)境下的生產活動卻越來越頻繁。因此，十分有必要開展針對性的研究，以揭示擴散射流火焰在這種特殊環(huán)境下的燃燒行為特性，完善相關的火災動力學理論，并為火災防治技術的開發(fā)和改進提供理論和數(shù)據支持。
　　本文采用理論分析和實驗研究相結合的方法，對不同環(huán)境條件下的擴散射流火焰行為特征開展了研究。為此，我們分別設

3、計了:(1)合肥和拉薩自由擴散射流火焰行為特性實驗研究裝置;(2)合肥和拉薩水平環(huán)境風作用下擴散射流火焰行為特性實驗研究裝置;和(3)微重力和常重力伴流擴散射流火焰行為實驗研究裝置。通過對典型特征參數(shù)（火焰形態(tài)、火焰中心線溫度、火焰輻射、火焰推舉和吹熄行為）的分析，結合火災和燃燒動力學經典理論，揭示了三種不同特殊環(huán)境條件下擴散射流火焰行為演化機制，并建立了相應的無量綱數(shù)學表征模型。具體的研究工作包括:
　　研究了高原低氧低壓環(huán)境和

4、平原常壓常氧環(huán)境下自由擴散射流火焰高度、火焰中心線溫度、火焰輻射和推舉行為。通過研究合肥和拉薩兩地火焰高度的差別，發(fā)現(xiàn)低壓下的平均火焰高度要顯著高于常壓環(huán)境下的平均火焰高度。通過分析火羽流基本物理模型，建立了量化兩地空氣卷吸差別的方法，對經典火焰高度物理模型進行了修正。引入了虛點源理論，考慮其與火焰火源功率、火焰尺寸和大氣環(huán)境等因素之間的耦合關系，得到了兩種氣壓環(huán)境下虛點源無量綱模型。并通過虛點源模型修正了自由擴散射流火焰中心線溫度分布

5、三段模型。另外，通過實驗還發(fā)現(xiàn)了氣壓越低推舉高度越大的現(xiàn)象。通過分析經典火焰推舉模型及其中受到壓力影響的關鍵性因素，發(fā)現(xiàn)了不同氣壓下火焰推舉產生差異的根本原因，修正了Kalghatgi經典火焰推舉模型。
　　研究了合肥和拉薩兩種氣壓條件水平環(huán)境風作用下的擴散射流火焰演化過程，發(fā)現(xiàn):1）在常壓環(huán)境中，隨著風速的增加，火焰形態(tài)和顏色都會發(fā)生顯著的變化?；鹧孥E線長度先隨著風速的增加而逐步減小，而后會達到一個最小值，最后將保持相對穩(wěn)定或者

6、被拉長。而在低壓環(huán)境中，隨著風速的增加，火焰長度則保持單調減小的趨勢。另外，通過分析經典的理論模型，得到了兩種氣壓環(huán)境下火焰長度的預測模型;2）還研究了高原低壓和平原常壓水平環(huán)境風作用下火焰的吹熄極限，發(fā)現(xiàn)兩種環(huán)境下吹熄臨界風速都先隨著燃料噴出速度的增加而逐步增加，到達一個最大值之后又隨著燃料噴出速度的增加而減小。同時，發(fā)現(xiàn)低氧低壓環(huán)境(64kPa)下的吹熄臨界風速顯著低于常壓環(huán)境(100kPa)(約為1/3)。研究了環(huán)境風作用下的火焰