不同边沿高度条件下正庚烷油池火燃烧特性研究
不同边沿高度油池火燃烧行为的实验和数值模拟研究
不同边沿高度油池火燃烧行为的实验和数值模拟研究
党晓贝;何亚平;汪箭
【期刊名称】《火灾科学》
【年(卷),期】2018(027)004
【摘要】采用实验和FDS数值模拟相结合的方法,探讨了边沿高度对油池火燃烧特性的影响.在实验部分,研究了燃烧速率和表观火焰高度随边沿高度的变化趋势,并分别分析了各个阶段的热反馈机制.在实验获得不同尺度、边沿高度正庚烷油池火燃烧速率的前提下,建立相应尺度的不同边沿高度油池火的Fire Dynamics Simulator(FDS)计算模型以针对火焰高度进行了数值模拟研究,分析了实际火焰高度、火焰下探高度随边沿高度的变化趋势,并提出了相关的无量纲拟合式.
【总页数】9页(P213-221)
【作者】党晓贝;何亚平;汪箭
【作者单位】中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026;澳大利亚西悉尼大学,澳大利亚;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026【正文语种】中文
【中图分类】X932
【相关文献】
1.不同几何边界的航煤油池火灾燃烧特性 [J], 徐建楠;蒋新生;孙国骏;翟琰
2.通风环境中不同油水比例柴油池火的燃烧特性 [J], 张培红;曹宇;潘龙涛
3.插板对正庚烷油池火燃烧行为的影响研究 [J], 郑素梅; 方俊; 赵路遥; 王堃; 王静
舞
4.变压器油池火非稳态燃烧特性实验研究 [J], 陈庆;景巍巍;蔚超;陈鹏
5.不同燃料液面深度的变压器套管油池火燃烧特性数值模拟 [J], 杨娴;从伟;汪书苹;周勇;伦志宜;过羿
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不同尺寸的油盘池火灾临界参数研究
图1300mm油盘火焰高度达到60cm
表2直径300mm油盘不同高度处测点辐射值
测点及其对应辐射值/W/cm2
测点1 3.93 2.03测点2
2.72
2.36
测点3
2.43
1.27
测点4
1.44
0.51
图5直径450mm油盘火焰高度达到90cm
油盘直径450mm的油盘，选测了30、60、90
高度。
相同高度下，直径450mm的油盘辐射值从油盘中图6直径450mm油盘火焰初次出现二次燃烧3直径450mm油盘不同高度对应测点的辐射值
测点及其对应辐射值/W/cm2
图15火焰高度达200cm
5可知，辐射值在高度30cm处近似为零。
根据传热学理论可知，油盘足够大火焰足够高时火焰中心存在
图16油池火生成火旋风
图17火焰发生卷吸造成二次燃烧
9.22W/cm2，燃烧速率随着油盘直径增大而升且明显缩短了达到稳定燃烧的时间。
原油池火灾的火焰特性实验
原油池火灾的火焰特性实验张宝良;孙建刚;李姗姗;崔利富【摘要】对大庆油田原油池火灾在不同池直径下火焰高度、火焰最高温度、油层温度及池壁温度等火焰特性进行了实验测试，实验结果反映了池火灾火焰的动态变化情况，得到池火灾火焰如下的变化规律：稳定燃烧时，原油池火灾火焰高度及火焰最高温度均随着池直径的增加而增加，原油池池中心的最高温度高于池壁最高温度，原油池池壁温度随着池直径增加而减小。
【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】2页(P23-24)【关键词】原油池火灾;火焰高度;火焰温度;火灾实验【作者】张宝良;孙建刚;李姗姗;崔利富【作者单位】大庆油田设计院;大连民族学院土木建筑工程学院;大连民族学院土木建筑工程学院;大连民族学院土木建筑工程学院【正文语种】中文石油储运安全直接关系到我国能源战略安全。
在不同类型的火灾中，池火灾最为常见，虽然池火灾的直接影响面积比其他的大型事故（例如沸腾液体膨胀性蒸汽爆炸或气云爆炸）小，但火焰对生产设备的影响会引起危险性物料的进一步泄漏，并导致更为严重的事故；如果火焰直接接触到设备表面，由于热流量非常高，会使情况变得更加危险。
由于火灾实验研究受资金、安全、环保等因素的限制，我国目前开展的火灾实验研究较少，相应的实验数据较为缺乏。
本文的实验研究结果将揭示池火灾火焰特性的变化规律，并将为后续计算机数值模拟池火灾燃烧过程提供所需的燃烧基本条件，还可验证理论计算的准确性。
实验采用大庆油田原油，池直径分别为1.5、2.0、3.0和5.0 m，深度为0.15 m，为了解决油罐罐底在加工和安装过程中出现的变形而导致油层厚度不均以及模拟油罐真实情况，在罐底加50 mm的水垫层，油层漂浮在水面高度100 mm，这样在整个燃烧面积上油层厚度均可保持一致。
实验时将圆盘放于实验燃烧池中心，为确保安全，在实验燃烧池外围设置保护网，保护网采用钢骨架内焊接2 mm厚冲孔钢板网，钢结构骨架采用L70 mm×70 mm× 8 mm角钢，焊接链接，柱下设置C15混凝土基础，角钢柱插入基础。
边缘高度影响下油池火燃烧行为研究
02
文献综述
油池火燃烧特性研究现状
1 2 3
油池火燃烧特性的实验研究
研究者通过实验模拟油池火的燃烧过程，研究 油池火的燃烧速率、火焰高度、温度分布等燃 烧特性。
油池火燃烧特性的数值模拟研究
研究者利用数值模拟方法，对油池火的燃烧过 程进行模拟，得到油池火的温度场、速度场、 浓度场等分布情况。
油池火燃烧特性的理论研究
研究者通过建立数学模型，对油池火的燃烧过 程进行理论分析，得到油池火的燃烧速率、火 焰高度等燃烧特性。
边缘高度对燃烧行为的影响研究现状
边缘高度对油池火燃烧速率的影响
01
研究表明，随着边缘高度的增加，油池火的燃烧速率会降低，
因为边缘高度增加会阻碍空气的进入和热量的传递。
边缘高度对油池火温度分布的影响
实验方法
采用控制变量法，设置不同的边缘高度，观察油池火燃烧过程中的火焰形状 、温度分布、气体排放等参数的变化情况。
数据采集与处理
数据采集
使用摄像机记录不同边缘高度下油池火的燃烧过程，同时通过热电偶测量火焰温 度，使用气体分析仪检测气体排放成分。
数据处理
对采集到的数据进行整理、分析和比较，提取有关参数，如火焰高度、温度分布 、气体排放量等，用于进一步研究边缘高度对油池火燃烧行为的影响。
2
最佳边缘高度下，油池火的燃烧效率最高，且 产生的污染物排放最低，具有较好的燃烧经济 性和环保性。
3
实验结果表明，通过优化油池的边缘高度，可 以实现对油池火燃烧行为的调控，为实际工业 应用提供理论指导。
研究不足与展望
01
本研究仅针对特定类型的油品进行了实验研究，未来可以进一步拓展到其他类 型的油品，以丰富和完善油池火燃烧行为的理论模型。
正庚烷热释放速率测量与研究
正庚烷热释放速率测量与研究许彬;张永明;方俊;马绥华;刘勇【期刊名称】《消防科学与技术》【年(卷),期】2006(025)003【摘要】以欧洲标准火之一的正庚烷火(TF5)为主要研究对象,在符合ISO 9705标准的ISO ROOM全尺寸实验装置内对正庚烷火热释放速率进行测量与研究.通过在多组不同实验条件下,对正庚烷燃烧时的热释放速率等数据分析,发现相同质量的正庚烷在不同尺寸油盘中燃烧,油盘面积越大燃烧越剧烈,但同时油盘尺寸的增大也会带来影响燃烧的消极因素.研究结果还表明相同尺寸的油盘中不同质量正庚烷的燃烧,燃料质量的增加会使燃烧前期发展较缓慢,但是燃烧后期会更加剧烈,其促进燃烧的效应往往会弥补甚至超出前期的发展缓慢所带来的影响.【总页数】4页(P304-307)【作者】许彬;张永明;方俊;马绥华;刘勇【作者单位】中国科学技术大学,火灾科学国家重点实验室,安徽,合肥,230027;中国科学技术大学,火灾科学国家重点实验室,安徽,合肥,230027;中国科学技术大学,火灾科学国家重点实验室,安徽,合肥,230027;中国科学技术大学,火灾科学国家重点实验室,安徽,合肥,230027;中国科学技术大学,火灾科学国家重点实验室,安徽,合肥,230027【正文语种】中文【中图分类】TK121;TU998.1;X924【相关文献】1.锥形量热仪测量材料热释放速率的影响因素分析 [J], 王康;刘运传;孟祥艳;周燕萍;王雪蓉;王倩倩2.正庚烷喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量 [J], 郑亮;肖国炜;王建昕;帅石金3.苯+环已烷、苯+正庚烷和环已烷+正庚烷的蒸汽压和过量Gibbs自由焓研究 [J], 孙亚平4.正庚烷燃烧反应中间自由基的光谱测量 [J], 叶彬;李萍;张昌华;王利东;唐洪昌;李象远5.影响热释放速率测量因素的实验研究 [J], 刘万福;葛明慧;赵力增;王建伟;曹建丰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
小尺度变压器油池火灾燃烧特性的实验研究
发现油池直径越大 ，单位面积燃烧速率越大。直径 50 cm
330 s
830 s
时燃烧速率超过 20 g/（s · m 2）
（等效于 2 mm/min 的液位
1 700 s
下降速率），而直径 20 cm 时仅为 16 g/（s · m 2）左右（等效
（SGTYHT/18-JS-206）
消防科学与技术 2020 年 12 月第 39 卷第 12 期
1645
修改时间：2020 年 12 月 09 日 12:49:31
2
量损失曲线。由于燃料初始厚度都是 3 cm，
而油池直径分
讨论和分析
2.1
别为 20、30、40、50 cm，燃料总质量依次增多。由图 3 可
他邻近的电气设备损坏，
影响电网的安全稳定运行。
摄帧率为 60 f/s，用于对火焰图像进行拍摄。拍摄过程中
因此 ，开展针对变压器油燃烧特性的深入研究 ，掌握
调整好摄像机的光圈和曝光度等参数 ，
排除其他因素的影
不同尺度下变压器油燃烧特性的变化规律以及关键影响
响，
保证所有视频数据具备可比性。温度测量系统主要由
于 1.2 mm/min 的液位下降速率）。
（b）稳定燃烧阶段
(cm)
70
60
50
40
30
20
10
0
变压器油质量损失数据曲线
面积燃烧速率 ，如图 4 所示。可以看出 ，变压器油的燃烧
（a）起始燃烧阶段
(cm)
70
60
50
40
30
20
10
0
2 000
不同海拔地区庚烷池火羽流特性模拟研究
不 同海拔地区庚烷池火羽流特性模源自研究 倪 明 河北省 秦皇 岛市公安 消防支队，河北 秦皇 岛 ０ ６ ６ ０ ０ ４
捅 姜
运 用Ｆ Ｄ Ｓ 火 灾场模 拟 软 件模 拟 了不 同海拔 地 区开放 空 间 无风 条件下 稳 定燃 烧 的庚 烷 油 池
ｌ ｉ ｍ ｅ 《 ｓ ）
图１秦皇岛和西藏 地区的羽流中心线温度
羽流 中心 线上 的速 度几 乎相 等 。这是 因 为在 此范 围 内 ，西 藏羽 流 中心线 上的温 度 总体 高 于秦 皇 岛地 区羽流 中心 线上 的温 度 ，可 以 推 断在 此 区域 内秦皇 岛地 区羽 流密 度高 于西 藏 地 区羽流 区的 密度 ；而 秦皇 岛地 区的空 气 密 度 大于 西藏 地 区的空 气 密度 ，两地 密度 差近 似 相等 ，因此 两地 驱动 力近似 相等 ，故 羽 流 上 升速 度近 似相 等 。并且 两地 的初 始速 度为 Ｏ ｍ／ ｓ ，可 以 推 断 出在 此 范 围 内两 地 区的 速 度 相等 。在 １ ． Ｏ Ｏ ｍ～３ ． Ｏ Ｏ ｍ范 围内 ，西藏 地 区羽流 中心 线上 的速 度高 于秦 皇岛地 区 羽流 中心线 的速 度 。这 是 因为 西藏 气压 降低导 致 空 气稀薄 ，单 位体 积 内的氧 气含 量变 少 ，为 了维 挣 叵定燃 烧 ，故需 要卷 吸大 量的 空气 ， 因而 卷 吸速 度增大 ，由于 卷吸速 度 与羽流 上 升速 度成 正 比 ，因此羽 流速 度大 于秦 皇 岛地
区的 羽流 速度 。
对秦 皇 岛与西 藏地 区 Ｆ Ｄ Ｓ 模拟 的 羽流 中 心 线 上 的温 度 和速 度 与 Ｈｅ ｓ ｋ ｅ ｓ ｔ ａ ｄ 羽 流 模 型 的预 测 值 （ 在平 均火 焰高 度 以上 ）进 行 比 较 ，可以 发现 Ｆ Ｄ Ｓ 模 拟西 藏地 区羽 流 中心 线 （ 在平 均火 焰 高 度 以 上 ） 的温 度和 速 度 与 Ｈｅ ｓ ｋ ｅ ｓ ｔ ａ ｄ ￣流 模 型在 比较 符 合 ，而 模 拟秦 皇 岛地 区 羽流 中心线 上的 温度 和速 度 比较保 守。
环境风作用下池火燃烧速率、热反馈机制及辐射特性研究
环境风作用下池火燃烧速率、热反馈机制及辐射特性研究油池火的燃烧行为是火灾学界和燃烧学界的经典问题。
前人针对无风环境和水平风作用下油池火的燃烧行为进行了大量的理论分析和实验研究,但着眼于一些特殊尺度和边界条件池火的燃烧行为的研究仍较为有限:(1)环境风作用下“光学薄”较大尺度油池火的燃烧速率和热反馈机制演化。
前人针对环境风作用下油池火燃烧速率演化的研究多集中于较小尺寸(传导-对流主控)和较大尺寸(完全辐射主控),而对于介于对流和辐射主控之间过渡段的“光学薄”池火的研究还很缺乏;(2)环境风作用下较大燃料液面深度(油池上沿与燃料液面之间的竖直距离)油池火燃烧速率演化。
前人的研究多集中于存在环境风但燃料液面深度较小、或燃料液面深度显著但处于静风环境的油池火,而尚无针对环境风与燃料液面深度的耦合作用对油池火燃烧速率演化影响的研究。
而在现实中,油罐火灾均具有较大的燃料液面深度且发生于室外(存在环境风);(3)环境风作用下池火辐射特性。
前人针对池火辐射特性的研究绝大多数针对无风环境下的池火,而针对环境风作用下池火辐射特性的定量研究仍非常有限。
因此,需要针对上述情况,针对环境风作用下的池火燃烧行为进行进一步的研究。
本文围绕环境风作用下池火的燃烧速率、热反馈机制演化和辐射特性,采用理论分析与实验研究相结合的方法进行研究。
利用自制的不同尺寸(5-70 cm)、燃料液面深度的油池、多孔燃烧器,首先研究了“光学薄”较大尺寸正庚烷池火燃烧速率和热反馈机制随环境风速的演化规律,然后研究了环境风和燃料液面深度耦合作用对正庚烷池火燃烧速率的影响,最后研究了环境风作用下丙烷池火的辐射特性。
具体工作包括:(1)量化了“光学薄”较大尺度油池火燃烧速率随风速的非线性演化规律。
通过实验研究发现,随着风速的上升,该尺度油池火的燃烧速率随尺寸不同呈现不同的非线性演化规律;并分析了各演化阶段的物理机制。
利用边长为25-70 cm的5个正方形正庚烷池火进行了燃烧风洞实验(风速为0-约4.5 m/s)。
多油池火源燃烧特性的实验与理论研究
多油池火源燃烧特性的实验与理论研究多火焰燃烧是指多个非连续火焰在相互作用下燃烧的一种特殊火现象,常见于森林、城市及工业火灾中。
多火焰燃烧包含复杂的火焰相互作用,极可能引发火焰合并、飞火及火旋风等极端火行为,显著增加火灾危险性及复杂性。
与气体或固体燃料火焰不同,油池火燃烧需要热量反馈维持液体燃料挥发,与此同时从周围卷吸空气。
油池火的空气卷吸往往会促进对流热量反馈,并影响辐射及导热热量反馈,这种相互耦合机制显著影响油池火的燃烧进程与特性。
以往相关研究主要集中于单一油池火。
对于多油池火源而言,火点尺寸D、间距S及数量,均会对空气卷吸与热量反馈的耦合作用产生影响,随之造成燃烧特性的复杂变化。
对这一重要问题的深入认识,是有效应对多油池火源的火灾威胁的基础。
为此,本文对多油池火源的燃烧特性进行了系统的实验与理论研究。
分别采用自由燃烧系统及稳定燃烧系统进行多油池火源实验,前者更接近实际场景但稳态时段较短,后者则可以形成长时段的稳态。
采用正庚烷及乙醇比较燃料类型的影响。
此外,还对火点尺寸D、间距S及数量的影响进行了系统研究。
研究结果综述如下:基于自由燃烧系统的正庚烷多油池火源实验结果表明:中心与外围油池火的热量反馈相互促进和空气卷吸相互竞争是同时存在的。
对于层流多油池火源,中心及外围油池火的准稳态平均燃烧速率均随着S/D 的减小而单调增加,体现了热量反馈增强的主导机制。
而对于湍流多油池火源,燃烧速率及轴向温度速度的演化规律与火焰合并紧密相关。
对于未合并场景,准稳态平均燃烧速率及轴向温度速度均随着S/D的减小而稳定增加;而对于完全合并场景,燃烧速率及轴向温度速度均随着S/D的减小先增加后降低,热量反馈增加与空气卷吸受限的相互竞争作用是主要原因。
对于完全合并的多油池火源,其轴向温度速度可以采用修正的总热释放速率进行归一化拟合,并与单一油池火的经典McCaffrey曲线符合较好。
理论分析及基于稳定燃烧系统的正庚烷及乙醇多油池火源实验结果表明:中心火焰的空气卷吸与热对流,以及外围火焰的火焰倾斜均取决于中心和外围油池火的燃烧速率差。
高高原受限空间内小尺度油池火燃烧特性试验研究
高高原受限空间内小尺度油池火燃烧特性试验研究
代尚沛;贾旭宏;丁思婕;朱新华
【期刊名称】《消防科学与技术》
【年(卷),期】2024(43)2
【摘要】为研究我国高高原地区的受限空间内液体燃料小尺度油池火燃烧特性,在高高原康定机场自主搭建受限空间内油池火的试验平台。
共选取3类典型液体燃料(航空煤油、航空汽油、正庚烷)进行燃烧试验,测量火焰高度、火焰温度和烟气成分等变化规律,研究了高高原受限空间内小尺度油池火行为。
研究发现:在高高原地区,正庚烷稳定燃烧阶段的平均火焰高度可以通过模型L/D=k+0.254Q^(2/5)/D 表示,其中,火焰高度与压力之间的关系式为L/D~p^(-2/9)。
3种燃料的火焰最高温度均超过600℃,而羽流轴线温升与火焰高度呈现-5/3的指数关系。
产烟速率则表现出对环境压力的依赖性,其关系可表示为:v~p^(-1/3)。
【总页数】7页(P161-167)
【作者】代尚沛;贾旭宏;丁思婕;朱新华
【作者单位】中国民用航空飞行学院民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室;康定机场高高原航空安全实验室
【正文语种】中文
【中图分类】X932;TK16
【相关文献】
1.小尺度沸溢油池火灾燃烧速率特性试验研究
2.受限空间油池火燃烧特性的实验研究
3.受限空间内小尺度油池火行为实验
4.高原乙醇油池火燃烧特性实验研究
5.多梯度静态低气压条件小尺度油池火燃烧特性
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多因素下小尺度油罐火燃烧速率的研究
多因素下小尺度油罐火燃烧速率的研究张铖铖;方俊;林树宝;江澄;商蕊【摘要】以正庚烷为研究对象，开展了不同因素耦合作用下小尺度油罐火燃烧特性的实验研究。
结果表明：在不改变其他工况条件下，开口因子直接影响燃料燃烧速率，发现不同开口因子下燃烧速率与全开口下燃烧速率之比始终正比于对应的开口面积之比，且之间存在着相应的关系式。
在实验所测两种液位6 cm和8 cm下，其燃烧速率变化不大，由此可发现，在该实验液位下油罐火液位高度不是影响燃烧速率的主要因素。
在不同的风速下，随着风速的增加燃烧速率逐渐增加并趋于一定值，且不同开口因子下风速对燃烧速率的影响程度不同。
风速对开口因子大的油罐燃烧速率的影响小于开口因子较小的油罐。
%In this work ,experiments were conducted to study the combustion characteristics of small‐scale oil tank fire by using heptane as the fuels .The oil tank fires with different openings ,different depths and different wind speeds were examined .The results showed that when other conditions are specified ,the opening area directly affects the burning rate .It was found that the ratio of burning rates under different openings to that with full opening is proportional to the ratio of opening areas .For two depths of 6 cm and 8 cm ,the experimental results showed that the height of liquid level does not affect the burning rate .The burning rate increases gradually and approaches a certain value with the increase of wind speed ,and the effect of the wind speed on burning rate depends on the opening .【期刊名称】《火灾科学》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】7页(P52-58)【关键词】油罐火;燃烧速率;开口因子;液位;风速【作者】张铖铖;方俊;林树宝;江澄;商蕊【作者单位】中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥，230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥，230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥，230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥，230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥，230026【正文语种】中文【中图分类】X932随着现代社会的快速发展，国家对于石油的需求日益增加，各个国家都在极力增加石油储量，由此储油罐的使用量也在日益增加。
低气压环境下正庚烷及汽油池火的燃烧特性
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蔡 昕，王喜世 ，李权威 ，廖光煊
（ 中国科学技术大学火灾科学 国家重点实验室 ，合肥 ２０ ２ ） ３ ０ ７
摘
要 ：为研究低气压环境对可燃物燃烧 特性 的影 响 ，利用 密闭实验 箱模 拟低气压环境条件 ，研究 了正庚烷及汽油
池火在 不同环境压力 条件下 的燃烧 特性．实验获取 了燃料 的质量 燃烧速率 、火焰形态特征 、火焰温度 和烟气 中的 Ｃ 体积分数等燃烧特性参数．研究结果表 明，随着环境压力 的降低 ，正庚烷 和汽油 的质量燃烧速率减小 ，且质量 Ｏ 燃烧速率与环境压力呈幂函数关 系 ；火焰 高度及火焰 面积均 随环境压力 的减小而增大 ，对于实验 中的正庚烷池火 ，
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庚烷池火多火源燃烧特性的实验研究
庚烷池火多火源燃烧特性的实验研究李政;刘乃安【摘要】Multiple fires burning is typical in forest and urban fires. In this work, burning of multiple heptane pool fires was investigated by experiments, in which the height of fuel surface was kept constant. The flame height, flame volume and burning rate for single fire, two fires and three fires of heptane pools being in line were studied experimentally. Pool diameters of 0. lm, 0. 2m and 0.4m were used in the experiments. It was found that the flame height, flame volume and burning rate of the central fire in three fires burning were larger than those in burning of two fires and single fire. The flame height, flame volume and burning rate increased gradually with decreasing fire spacing. It was also found that the interaction mechanisms vary with fire spacing. Heat transfer enhancement is the dominant effect when S/D (where S is the fire spacing, and D is the pool diameter) is larger than 4 and smaller than 2. When S/D is 2-4, heat transfer enhancement and air entrainment limitation compete with each other. The volumetric heat release rate was found to be nearly a constant of 1614kW/m3.%多火源燃烧是森林火灾和城市群发性火灾中重要而又特殊的火灾现象,相关研究很少。
竖通道内液体燃料燃烧形成的旋转火焰特性
竖通道内液体燃料燃烧形成的旋转火焰特性霍岩;邹高万;李树声;郜冶【摘要】为了掌握有侧开缝的竖通道内液体燃料燃烧所形成的旋转火焰特性,分别利用实验与基于液体火源的LES数值模拟技术对以正庚烷液体为燃料,在200 cm 高的竖通道内所形成的旋转火焰热流场进行了研究.在确定了数值模拟有效性的基础上得知:在各个高度处,通道内边侧的切向速度绝对值保持在100 cm/s左右;在60 cm高度时,由火焰中心向通道壁面方向,切向速度先迅速增大再逐渐降低至100 cm/s,而在120 cm高度以上时,切向速度仅有逐渐上升过程;由火焰中心向通道两侧方向,旋转科氏力与浮力之比值的变化规律均是先逐渐增大,而后又逐渐降低,最大比值发生在火焰外侧位置;相比浮力,旋转科氏力对通道下半部分流场的影响较大,影响程度随着高度的增加而减弱;通道内旋转火焰热流场的最大轴向速度约为最大切向速度的2倍.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2014(046)001【总页数】6页(P77-82)【关键词】竖通道;液体燃料;旋转火焰【作者】霍岩;邹高万;李树声;郜冶【作者单位】哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,150001哈尔滨;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,150001哈尔滨;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,150001哈尔滨;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,150001哈尔滨【正文语种】中文【中图分类】TH133;TP183火焰周围流场等压面与等密度面斜交引起的旋转火焰［1］，作为一种特殊的火焰形态，可发生于各类竖井通道、高层建筑玻璃幕墙、高大中庭空间、甚至房间室内火灾中，一般由切向气流被高温低压的火焰从通道壁面侧开缝处引入产生.一旦建筑火灾中形成了旋转火焰，更快的燃烧速度和更高的火焰高度会加剧火势的蔓延，提高对建筑结构和人员生命安全的威胁程度，并加大火灾的扑救难度.对于发生在森林和城市中的外界大型火旋风，已有很多相关研究工作完成［2-6］，但对于有限开口空间内自然对流形成的火旋风，由于空间尺寸和壁面，以及开口通风情况都会对旋转火焰的生成、维持和溃灭过程产生影响［7］，因此较外界的大型或强制火旋风不尽相同.由于缺少实验和测量数据，目前对有限开口空间内的旋转火焰热流场还未有成型理论.本文利用实验与基于大涡模拟技术的数值模拟方法研究在具备形成旋转火焰的竖直通道模型中相对稳定火源所形成的旋转热流场，所得结论对深入理解有限开口空间内旋转火焰特性有一定意义.1 实验条件设置顶部开口的方形竖通道实验装置如图1所示，装置由厚0.5cm的木板组成，内部空间尺寸为：长32cm（X）×宽32cm（Y）×高200cm（Z），正面（装置前侧观察方向）镶嵌玻璃，可对通道内实验现象进行观察和图像记录.装置的两侧活动壁面可形成宽度d的侧开缝，在通道底部中心放置盛装液体燃料的圆形油池.实验过程中，通道的侧开缝形式为两侧斜对，即左侧壁面的开缝在靠近前壁面一侧，右侧壁面的开缝在靠近后壁面一侧.通道中心布置一温度测点树，共17个测点，在100 cm高度以下各测点间距10 cm，100 cm以上每个测点间距15 cm.通道装置的侧开缝形式和温度测点布置如图2所示.图1 竖直通道实验装置照片为了获得不同的热释放率，实验所用圆形燃料池的直径Φ分别为7.4 cm，8.4 cm 和10.0 cm，燃料池边沿均高2.0 cm.实验所用液体燃料为正庚烷（浓度为97%），每实验条次的燃料使用量为25 mL.实验过程中使用美国 Ioteeh公司的DaqBook2005数据采集系统进行流场温度数据的测量与记录，数据采集和记录时间间隔为0.5 s.实验过程中，环境温度保持在21～22℃，近处门窗和机械通风等全部被关闭，以防止对通道内流场造成干扰.图2 竖直通道结构与内测点布置2 数学物理模型由通道侧开缝引射空气所形成的非受迫旋转火焰流场基本动力学方程组、为加快计算速度和结果收敛所进行的公式简化变形等在文献［8-9］中已有详细的推导，在此不再赘述，仅简要介绍相关重要源项的计算方法和主要参数取值.数值计算时将燃烧简化为单步不可逆的简单化学反应，采用混合分数燃烧模型，可燃物燃烧消耗单位质量氧气所释放的能量值取1.31×106J／kg［10］.决定液体燃料燃烧速度的燃料池表面蒸汽压力由Clausius-Clapeyron 公式［8，11］来限制式中：R为气体常数；Tcc为液体燃料表面温度；ΔHv为液体燃料的汽化热，对于实验所使用的正庚烷燃料，取值4.8×105J／kg； Tboil为燃料沸点温度，取值98.4℃；p0为大气压力，取值101.325 kPa.另外，根据实验中所使用正庚烷燃料属性，取密度值为680 kg／m3，比热容为2 200 J／（kg·K）［12］，导热系数 0.14 W／（m·K），液面厚度 1.5 cm.燃料液面以下的热传导过程使用一维导热模型来计算.湍流模型采用基于Smagorinsky亚格子的大涡模拟（LES）模型；流场中的辐射热传递采用有限体积法来求解；边界层速度与粘性应力由基于Werne与Wengle 边界层模型［13］来计算；通道装置壁面导热使用一维导热模型来计算，根据实验竖直通道装置的外边界材料，在计算过程中，装置的木板壁面参数设置为：密度545 kg／m3；比热容1 210 J／（kg·K）；导热系数 0.14 W／（m·K）.装置前侧玻璃参数设置为：密度2 700 kg／m3；导热系数 0.76 W／（m·K）；比热容840 J／（kg·K）.数值计算过程中，各空间变量采用二阶有限差分法离散，时间的微分项则以显性二阶Runge-Kutta法离散化.为了保证求解过程的稳定性，使用CFL稳定限制条件对迭代过程的时间步长进行调整.3 结果与分析图3～5分别为燃料池直径Φ为7.4 cm，8.4 cm和10.0 cm时的通道内流场达到稳定后，通道内中心轴线上高度Z处的温度T实验（Expt）与数值模拟（CFD）结果对比，其中实验结果为各测点温度记录值在流场稳定阶段的算术平均值.图中对实验与数值模拟结果使用Euclidean函数分析法［14］对进行量化分析，其norm与cosine的值分别表示模拟结果与实验结果的偏差和变化相似程度，计算公式为式中：E和m分别为实验值和模拟值，i表示第i个离散点．图3 中心轴线上温度实验值与模拟值比较（Φ7.4 cm）图4 中心轴线上温度实验值与模拟值比较（Φ8.4 cm）图5 中心轴线上温度实验值与模拟值比较（Φ10 cm）由图3～5中可以看出，模拟结果与实验结果的纵向温度整体分布规律十分相似，偏差稍大的区域主要在通道中下部，这是由于火焰所在区域的复杂特性造成的.但通过函数分析法得到的结果可以看出模拟结果与实验结果在整体上符合较好，偏差在可接受的范围内.图6为相同火源在通道外自由燃烧和在通道内形成旋转时的热释放速率HRR随时间t变化的模拟结果对比，可以看出，形成旋转火焰后的热释放速率较自由燃烧时增加2倍多，这符合旋转火焰的特性，说明所采用的模拟方法可以模拟出旋转对液体燃料燃烧的加速作用.图6 不同环境下火源热释放速率的模拟结果图7为开缝宽度d为3.5 cm时，燃料池直径Φ分别为7.4、8.4和10 cm的实验旋转火焰照片与模拟结果对比.由图中可以看出模拟的火焰呈现出类似实验结果的柱状形态，并且具有非常接近的螺旋纹理.这些均表明所采用的数值模拟方法可以较准确地反映通道内旋转火焰热流场.图7 实验火焰照片（左）与模拟结果（右）比较（d＝3.5 cm）图8为高度Z分别为60、120和180 cm处，过火源中心所在位置（坐标原点）到通道两侧壁面方向（X轴）的切向速度V变化．由图可以看出，火焰两侧的切向速度变化规律近似对称，并且切向速度值随着高度升高逐渐降低；同一高度处，燃料池直径较大时，在火焰外侧的切向速度值更大；通道两侧壁面附近的切向速度绝对值均保持在100 cm／s左右，在60 cm高度时，由火焰中心向通道两侧壁面方向，切向速度先迅速增大，到达最大值后又逐渐降低到100 cm／s附近，而在120 cm高度以上时，由火焰中心向通道两侧方向，切向速度只是逐渐增大到100 cm／s附近，而没有降低过程.图8 不同高度的X轴上的切向速度变化与自由燃烧的池火热流场中浮力为主导力不同，旋转火焰热流场会表现出旋转科氏力与热浮力共同作用的复杂特性，为了考察旋转火焰热流场中旋转的科氏力与竖直向上的浮力对流场的作用程度关系，定义无量纲量ζ为科氏力与浮力之比：式中：ρ为气体的密度；ρ∞为环境密度；V为速度矢量；ωz为角速度矢量；g为重力加速度矢量．侧开缝宽度d为3.0 cm和3.5 cm时，不同燃料池直径Φ内燃烧形成的旋转火焰在不同高度Z处的无量纲量ζ的值如图9和图10所示．由图中可以看出，在火焰中心，由于切向速度为零，所以ζ为零；由火焰中心向通道两侧方向，ζ值变化规律近似呈现对称分布，均是先逐渐增大，而后又逐渐降低，最大ζ值发生在火焰外侧位置．同时随着高度增加，ζ值逐渐降低，这说明相比浮力，旋转科氏力对流场的作用随着高度的增加而减弱．另外，高度1 m以下的通道下半部分，通道中心两侧的ζ值大于1，而通道上半部分的ζ值小于1，这说明在通道下半部分科氏力对流场的影响较浮力大，而在通道的上部分，浮力则对流场起主要作用．图11为不同燃料池直径Φ对应火源所形成的旋转火焰热流场中最大轴向速度Wmax与最大切向速度Vmax之比的无量纲模拟结果与实验数据计算结果，实验结果按文献［15］的计算方法：式中，z3和z2分别为火焰区域Ⅲ与火焰区域Ⅱ的高度［15］．由图11可见，数值模拟结果与实验计算结果很接近，两者吻合程度较好，并且通道旋转火焰热流场中的最大轴向速度约为最大切向速度的2倍．图9 不同高度的科氏力与浮力之比（d＝3.0 cm）图10 不同高度的科氏力与浮力之比（d＝3.5 cm）图11 不同旋转热流场的最大轴向与最大切向速度之比4 结论在壁面有侧开缝的竖直通道内，以正庚烷液体为燃料所形成旋转火焰的实验与基于大涡数值技术的模拟研究得到：1）基于大涡模拟技术的数值模拟方法可以较准确地模拟有侧开缝的竖直通道内液体燃料燃烧所形成的旋转火焰热流场.2）通道壁面附近的切向速度绝对值均保持在100 cm／s左右，在60 cm高度时，由火焰中心向壁面方向的切向速度先迅速增大，到达最大值后又逐渐降低到100 cm／s附近，而在120 cm高度以上时，切向速度只有逐渐上升过程.3）由火焰中心向通道两侧方向，科氏力与浮力之比值的变化规律近似呈现对称分布，均是先逐渐增大，而后又逐渐降低，最大比值发生在火焰外侧位置.相比于浮力，科氏力对流场的作用随着高度的增加而减弱，通道下半部分的科氏力对流场的影响较浮力大，而在通道的上部分，浮力则对流场起主要作用.4）通道内旋转火焰热流场的最大轴向速度与最大切向速度之比的数值模拟结果与按文献［15］的计算方法得到实验计算结果符合较好，并且最大轴向速度约为最大切向速度的2倍.参考文献［1］CHOW W K， HAN S S.Experimental investigation on onsetting internal fire whirls in a vertical shaft［J］.Journal of Fire Sciences， 2009，27（6）： 529-543.［2］FORTHOFER J， BUTLER rge scale fire whirls：can their formation be predicted？［C］／／Proceedings of 3rd Fire Behavior and Fuels Conference.Spokane，Washington，USA：IAWF，2010.［3］EMORI R I， SAITO K.Model experiment of hazardous forest fire whirl ［J］.Fire Technology， 1982， 18（4）：319-327.［4］Soma S， Saito K.Reconstruction of Fire Whirls Using Scale Models ［J］.Combustion and Flame， 1991， 86（3）： 269-284.［5］ZHOU R，WU Z N.Fire whirls due to surrounding flame sources and the influence of the rotation speed on the flame height［J］.Journal ofFluid Mechanics， 2007，583：313-345.［6］KUWANA K，SEKIMOTO K，SAITO K，et al.Scaling fire whirls［J］.Fire Safety Journal， 2008， 43（4）： 252-257.［7］SNEGIREV A Y， MARSDEN J A， FRANCIS J， et al.Numerical studies and experimentalobservations of whirling flames［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer， 2004， 47（12／13）： 2523-2539.［8］MCGRATTAN K B，HOSTIKKA S，FLOYD J E，et al.Fire dynamics simulator （version5），technical reference guide［R］.Gaithersburg，Maryland： National Institute of Standards and Technology， 2007：1018-5.［9］霍岩.有限开口空间热驱动流大涡模拟和实验研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2010：8-15.［10］HUGGETT C.Estimation of rate of heat release by means of oxygen consumption measurements ［J］.Fireand Materials， 1980， 4（2）： 61-65.［11］PRASAD K， LI C， KAILASANATH K， et al.Numerical modelling of methanol liquid pool fires［J］.Combustion Theory and Modelling， 1999，3（4）： 743-768.［12］ZABRANSKY M， RUZICKA V.Heat Capacity of Liquid n-Heptane Converted to the International Temperature Scale of 1990［J］.Journal of Physical and Chemical Reference Data， 1994， 23（1）：55-61.［13］WERNER H， WENGLE rge-eddy simulation of turbulent flow over and around a cube in a plate channel［C］／／In 8th Symposium on Turbulent Shear Flows.Munich， Germany： Springer Berlin Heidelberg，1993：155-168.［14］PEACOCK R D，RENEKE P A， DAVIS W D，et al.Quantifying fire modelevaluation using functional analysis［J］.Fire Safety Journal，1999，33（3）： 167-184.［15］杨春英，武红梅，霍岩.小尺寸方形竖槽道火旋风的实验研究及火焰特征［J］.燃烧科学与技术，2011， 17（3）： 203-208.。
不同倾角斜面下滑中正庚烷的火焰特性研究
不同倾角斜面下滑中正庚烷的火焰特性研究
李龙基;黄鑫
【期刊名称】《消防科学与技术》
【年(卷),期】2024(43)2
【摘要】为了研究正庚烷火焰形态、火焰亮度和火焰温度在下滑过程中随时间的变化趋势,分别利用倾角为25°和40°的斜面装置开展了正庚烷在斜面下滑过程中的燃烧试验。
结果表明,在两种斜面下,由于试验箱体内冷热气流因密度不同导致其惯性大小差异,使得箱体内部前后温度分布不均产生压差,在压差作用下火焰向试验箱体下滑方向倾斜;在竖直和水平两个方向加速度的综合影响下,火焰的长度缩短、倾角减小、高度降低,但亮度增强,并且斜面倾角的增加会加剧对其形态、亮度的影响,40°斜面下的火焰形态参数值分别比25°斜面的低6.21%、12.30%、6.72%,但火焰亮度比25°斜面下的高31.98%;此外,在下滑过程中正庚烷火焰因不稳定导致温度降低,40°和25°斜面下火焰温度分别降低了16.05%和22.22%。
但40°斜面下的火焰温度比25°斜面下的高,这与竖直加速度减小造成的浮力效应减弱有关。
【总页数】7页(P149-155)
【作者】李龙基;黄鑫
【作者单位】中国民航大学民航热灾害防控与应急重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】X949;X932
【相关文献】
1.基于详细反应机理的直管中正庚烷燃烧特性研究
2.添加含氧燃料对正庚烷火焰特性的影响研究
3.不同压力下正庚烷火焰传播的实验和模型研究
4.隧道火灾中正庚烷池火的火焰振荡特性研究
5.利用同步辐射研究正庚烷火焰燃烧特性
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不同钝体对正庚烷油池火燃烧行为的影响研究
不同钝体对正庚烷油池火燃烧行为的影响研究
张导;林武强;雷海莺;张鹏程;彭望
【期刊名称】《安防技术》
【年(卷),期】2022(10)1
【摘要】油池火源常用于船舶机舱火灾的研究,而受机舱内大量设备的影响,在液体油池的形成过程中常含有各类形状的钝体结构物,这将极大地影响油池火焰的传热和流动特性。
本文以正庚烷为火源,分别对含有不同形状(矩形、三角形、圆形、正方形)钝体的圆形油池火焰燃烧特性开展实验研究。
通过对燃油质量损失速率、火焰几何形态的分析,研究结果表明钝体显著改变了油池火的燃烧行为。
钝体延长了燃油质量消耗的时间,且正方形钝体可使质量损失速率下降迅速。
虽然不同钝体下油池火焰均存在抬升–下降周期振荡行为,但其振荡频率却与钝体当量直径间存在三次方的非线性变化关系。
【总页数】9页(P42-50)
【作者】张导;林武强;雷海莺;张鹏程;彭望
【作者单位】江苏科技大学能源与动力学院镇江
【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.静态低压环境对正庚烷油池火燃烧速率的影响
2.不同坡度对正庚烷流淌火燃烧特性的影响
3.EGR中主要组分对正庚烷燃烧与排放影响的化学动力学研究
4.不同边
沿高度油池火燃烧行为的实验和数值模拟研究5.插板对正庚烷油池火燃烧行为的影响研究
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高原低压环境小尺寸池火图像特征
高原低压环境小尺寸池火图像特征
商蕊;方俊;王静舞
【期刊名称】《燃烧科学与技术》
【年(卷),期】2016(022)004
【摘要】选用直径3～10,cm小尺寸圆形油盘，分别在低压(拉萨，0.067,MPa)与常压(合肥，0.100,MPa)条件下进行正庚烷池火燃烧实验．实验结果表明，在低压条件下，燃烧速率、火焰高度、振荡频率及振荡强度几项特征参量均比常压下大．在传导主控热反馈阶段，拉萨、合肥两地的燃烧速率比为0.81，小于对流、辐射主控的大尺寸池火．根据振荡频率经验公式 f＝kD-0.5对小尺寸池火油盘直径和振荡频率进行拟合，低压下拟合值 k＝1.845，常压下k＝1.632．振荡强度在6,cm油盘时均出现拐点，呈先降后升的趋势．
【总页数】5页(P324-328)
【作者】商蕊;方俊;王静舞
【作者单位】中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥230026
【正文语种】中文
【中图分类】X932
【相关文献】
1.静态低压环境对正庚烷油池火燃烧速率的影响 [J], 刘全义;张辉
2.高原低压环境小尺寸乙醇池火辐射特性的变化 [J], 涂然;关劲夫;王彦;方俊;王进军;张永明
3.利用压力相似预测高原低压环境小尺寸池火燃烧速率的变化特性 [J], 涂然;雷佼;王彦;方俊;王进军;张永明
4.低压环境下氮气-水低压双流体细水雾抑灭油池火 [J], 刘全义;孙强;贺元骅
5.小尺寸乙醇-水混合溶液池火燃烧特性研究 [J], 张笑驰; 刘家豪; 谢启苗
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不同几何边界的航煤油池火灾燃烧特性
不同几何边界的航煤油池火灾燃烧特性
徐建楠;蒋新生;孙国骏;翟琰
【期刊名称】《后勤工程学院学报》
【年(卷),期】2015(031)006
【摘要】利用不同尺度的方形和圆形油池,在油池火燃烧特性综合实验台架上开展航空煤油池火灾燃烧特性研究,重点分析了热释放速率、发烟速率、总产烟量和火焰温度等燃烧特性参数的变化规律.结果表明:在根据热释放速率划分的燃烧阶段中,方形油池火灾存在台阶上升阶段,并分析了其产生的机理;相同燃烧面积条件下,方形油池火灾产烟量大,燃烧效率低于圆形油池;油池火灾火焰轴向温度分布的测试结果与前人结论吻合较好,总体呈中下部＞根部＞上部的趋势,且方形油池的燃烧温度低于圆形油池.实验为有效预防和快速控制多尺度形状的航煤油池火灾提供了参考.【总页数】6页(P46-51)
【作者】徐建楠;蒋新生;孙国骏;翟琰
【作者单位】后勤工程学院军事供油工程系,重庆401311;后勤工程学院军事供油工程系,重庆401311;62121部队,西安710086;后勤工程学院军事供油工程系,重庆401311
【正文语种】中文
【中图分类】TE88
【相关文献】
1.幂律型煤油凝胶在不同几何构型管道的流动特性数值研究 [J], 曹琪;封锋;武晓松;陈超
2.不同喷油压力RP-3航空煤油、柴油碰壁喷雾着火和燃烧特性的对比研究 [J], 杜巍; 张乾坤; 侯金赤; 李萌
3.基于非劣解排序遗传算法的航空煤油燃烧特性数值模拟分析 [J], 范玮卫; 常亚超; 牛波; 王云慧
4.航空煤油薄油层燃烧特性实验研究 [J], 赵金龙;田逢时;赵利宏;黄弘;杨锐
5.RP-3航空煤油燃烧特性及其反应机理构建综述 [J], 马洪安;付淑青;吴宗霖;刘宇;曾文
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不同边沿高度条件下正庚烷油池火燃烧特性研究化石燃料推动了社会文明的发展,作为最重要的化石燃料,石油与现代社会的生产生活都息息相关。
然而,石油及其衍生的液体燃料具有易燃易爆等火灾隐患,石油储罐储量大、排列密集的特点更增加了发生火灾的风险性。
为了给储罐增容,储罐通常具有较高的侧壁,在未完全灌装时具有较大的边沿高度,会对火灾的燃烧特性产生影响。
因此,研究油池的边沿高度对燃烧行为的影响可为石油储罐火灾的防治建立理论基础。
本文主要采用实验和FDS数值模拟相结合的方法,探讨了边沿高度对油池火燃烧特性的影响。
研究对象主要包括不同边沿高度正庚烷(C7H16)油池火的燃烧速率、火焰形态和辐射特性。
为了避免外界环境风的干扰,选择大空间火灾实验厅作为实验场所。
实验采用5 cm、10 cm、15 cm和20 cm直径的油池,边沿高度分别设置为0.25、0.5、1、1.5和2倍油池直径,实验中使用液面平衡装置将燃料层厚度维持在3 cm,使用电子天平记录质量损失。
使用CCD摄像机记录火焰发展过程,并进一步处理生成火焰概率分布图,选取概率值为0.5的图像边界确定火焰高度。
实验结果表明,所有尺寸的燃烧速率均随边沿高度呈现先下降后上升再下降的变化趋势,并分别分析了各个阶段的热反馈机制。
火焰高度方面,除5 cm直径的油池外,其他尺寸油池火焰高度趋势保持一致,均随边沿高度呈指数下降。
5 cm直径的油池随着边沿高度的增加先上升后下降。
油池火辐射热通量和辐射分数均随着边沿高度的不断增加呈现出先上升后下降的趋势,其转折点在h*=0.5处。
数值模拟将实验中测定的燃烧速率作为火源
的设置参数,采用与实验相同的油池尺寸。
油池上方设置有3 D×3 D×4D的开放空间,满足火焰的空气卷吸。
模拟部分主要研究了火焰高度(实际火焰高度、火焰下探高度)对边沿高度的演化规律和油池内部空间的热力学性质。
当D=5-10cm时,实际火焰高度随随边沿高度呈现了先下降后上升再下降的趋势,火焰下探高度则表现为线性增长规律;当D=15-20 cm时实际火焰高度呈现了先下降后上升的趋势,火焰下探高度则先上升后下降;二者比值与边沿高度之间的关系可采用线性表达式进行良好表征。
模拟部分也通过油池内部的温度、速度和燃料浓度分布研究了液面上方蒸汽区的热力学性质。