温度分层环境下火灾烟气羽流上升高度公式分析_方俊
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第 6 卷第 4 期 2006 年 8 月
安 全 与环 境 学 报 Journal of Safety and Environment
Vol. 6 No. 4 Aug, 2006
文章编号: 1009-6094( 2006) 04-0093-06
温度分层环境下火灾烟气羽流 上升高度公式分析*
方 俊1, 疏学明2, 袁宏永2, 张永明1, 沈兆武3
对于 2 种方案中的 每组实验 , 每 个点的 温度 值是烟 气开 始抵达侧壁 30 s 内的平均值, 羽 流最大 高度是 同一时 间内羽 流图像显示高度 值的 平均 值。B0 的 计算 采用式 ( 3) , 由 出口 烟气温度及速度计算得到, 烟气被假设为空气 。
在方 案 1 中, 对 棉绳 火做了 10 组实 验, 对柴 油火 做了 4 组实验。对于 a、b、c、d、e, 出口直径为 1 5 cm, 对于 A、B、C、D、 E, 出口直径为 3 cm。对 a、c、C、E, 2 种材料烟气出口条件及温 度分层环境条件相同。方案 1 中出口参数及温度 分层环境参 数见表 1。
大空间的早期火灾, 由 于空间 内部有 充分的 氧气和 充足 的可燃物, 会使火势扩大, 引发大规模火灾, 因此, 大空间早期 火灾探测势在必行。研究高大空间温度分层环境条件下早期 火灾烟气的 上升扩展规律, 确定 温度分 层环境 下早期 火灾烟 气羽流的最大高度, 为火灾探测器的选型、布置提供理论依据 及设计准则, 具有重要的科学意义和现实意义 。
在实验中发现, 圆 形出 口上方 30 cm 高 度以 下速度 变化 很小, 因此, 利用烟气层上升发展图像, 分析烟气出口平 均速
第 6 卷第 4 期 ( a) t = 1 941 8 s, Z= 0 ( b) t = 2 248 4 s, Z= 0 071 m ( c) t = 2 555 0 s, Z= 0 137 m
目前, 国内外大空间火 灾烟气 研究多 集中于 分析大 功率 火灾烟 气 充 填 规 律, 研 究 手 段 多 采 用 区 域 模 拟 和 实 验 分 析[1, 2] , 而基于早期火灾探测的小 功率火 灾烟气输 运规律、尤 其在温度分 层环 境下 上升 传播 的规 律, 前人 未 做深 入研 究。 区域模拟中 假设区域等温 环境, 在温度 分层环 境中显 然不能 适用。1995 年,Heskestad[ 3] 在 3 66 m 3 66 m 2 44 m 受限 空间内首次 进行了温度分 层环境下 的火灾 烟气羽 流实验, 燃 料采用正庚烷, 温度分层环境由顶部对流加热得到, 羽流最大 高度根据 Morton[ 4] 等人于 1956 年将火灾热释放速率及环境温
( 1 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室, 合肥 230027; 2 清华大学公共安全研究中心, 北京 100084; 3 中国科学技术大学力学和机械工程系, 合肥 230027)
摘 要: 对小尺度空间温 度分层环境下 柴油有焰火及棉 绳阴燃火烟
气运动进行了实验和数值模拟。结果表 明, 在分层 环境下, 烟 气与环
1 积分模型
对于充分发展的非 受限轴 对称湍 羽流, 可以采 用积分 模
型得到羽流相关公 式。积分模 型中采 用自相 似和卷 吸假设, 自相似假设指, 浮力羽流时均流速, 密度等 参数分布在羽流后 区, 呈高斯分布特征; 卷吸假设指, 羽流卷吸 空气掺入强 度与
轴线速度成一固定常数 比例关系。
结合羽流积分模型 中的质 量方程、动量 方程和 浮力通 量
浮力频率或温度分 层强度为
N=
-
gd a a0 dZ
1/ 2
( 4)
将 B0= gQ c/ a0 CpT a0和标准大气 压下空气密 度近似 公式
a= 0. 003484P/ T a 代入式( 1) , 可 以得到
Zmax = 5. 54Q1c/ 4( dT a/ dZ) - 3/ 8
( 5)
式中 Zmax为烟气羽流最大 高度, m; T a 为环 境空气 温度, K;
* 收稿日期: 2006-01- 11 作者简介: 方俊, 博士后, 博士, 从事火灾探测研究。 基金项目: 国家自然科学基 金项目 ( 50476023) ; 国家 十五科 技攻 关项目( 2004BA803B03- 4) ; 中国 博士 后科学 基金 项目 ( 2005037561)
度梯度关联的积分近 似公式 获得, 积分公 式中对 流热释 放速 率根据燃料燃烧时质量损失率测 定结果估算得到。实验研究 表明, 羽流轴 线温度及 CO2 浓度在 积分模型 理论高度下 吻合 较好, 但 羽流实验最 大高 度超 过积 分模 型最 大高 度约 25% , 这种差别 被 认为 是 由羽 流 高度 实 验 观察 方 法不 当 造 成的。 2000 年版美 国国家 消防协 会 NFPA 92B[ 5] 在 考虑线 性温度 梯 度分层环 境下 早 期 火灾 烟 气羽 流 最大 高 度 时, 同 样采 用 了 Morton 的火灾热释放速率与温度梯度关联的积分公式。
图 1 小尺度模型空间实验装置系统示意图 Fi g. 1 Schematic plan of the experimental setup
94
( d) t = 3 014 9 s, Z= 0 242 m 图 2 均匀温度环境下出口温度为 26 时不同时刻烟气高速摄影图像
Fig. 2 Smoke plume with outlet temperature of 26
修正和讨论。
关键词: 安全工 程; 温 度分层环境; 火灾烟气 羽流; Morton 公式; 高 速摄像仪; 修正系数
中图分类号: TK 121; TU972+ . 4
文献标识码: A
0引言
在现代高大空间建筑中, 如 体育场馆 、会 展中心 、大 型仓 库等, 由于太阳日照和暖通空调的作用, 顶篷下方存在一定厚 度且有一定 梯度的热空气 层, 称 为温度 分层环 境或热 分层环 境。有时热空气层厚 度及梯 度较大, 早期 火灾烟 气由于 浮力 因素的影响, 难以突破热空气层从而有可能终止在某一 高度, 而不能到达顶篷, 致使顶篷下火灾探测器无法 响应。
考空气密度, kg/ m3, 一般采 用出 口处空 气密 度; 0 为环境 空
气密度, kg/ m3。
在积分公式的应用 中, 烟气一般被假设为空气, 有
B0 = gQ c/ a0 CpT a0
其中 Q c 为 火灾热 释放速 度对流 部分, kW; Cp 为 空气定 压
比热, J/ ( kg K) ; T a0 为火源出口处温度[ 7] , K。
93
Vol. 6 No. 4
安 全 与环 境 学 报
Z 为竖向坐标。 式( 5) 即为 Heskestad 和 NFPA 92B 采 用的积分 公式, 从推
导过程可以看出, 式( 5) 是式 ( 1) 在 假设室 温为 27 左右、烟 气为空气且为理想气体条件下的近似结果。
2 实验研究Байду номын сангаас
小尺度 实验空间采用 可分离框 架式结 构, 其长宽 高分别 为 1 2 m、1 2 m 和 2 m。模型空间尺寸及材料选择原则为: 在 水平横向上, 烟气羽流的卷吸运动对周围环境影响较小 , 在竖 向上, 顶篷对流加热能获得较为稳定的线性温度梯度, 且各类 传感器及测 量仪器装置易 于合理布 置及操 作测量, 从 而为验 证积分模型公式提供可靠保证。
方程, 可以得到羽流的轴线速度、温度等参 量在竖向上的发展
关系, 得到线性分层环境下羽流上升最大高度公式[ 6]
Z max =
3.
8
B
1/ 0
4N -
3/ 4
( 1)
式中 B0 为出 口热浮 力通量, m4/ s3; N 为 Brun-t Vais l 浮力
频率或温度分层强度, Hz。
热浮力通量的定义 为
小尺度模型空间腔体壁面采用有机玻璃材料, 四周 封闭, 在底部留有一定空隙, 保证羽 流卷吸。为 得到较 好的摄 影摄 像观测效果, 左右后侧采用黑色绒面包围, 前侧留一部分面积 用于摄影照相观察。
小尺度模型空间中, 温度分层环境由石英加热管产 生, 石 英加热管共有 15 根, 水平平行铺放, 位于顶 篷下方 30 cm 处, 加热管功率 采用交流变压 器调节, 实现 不同温 度分层 强度环 境。小尺度空间内部 中央位 置留有 标尺, 以确定 烟气羽 流的 发展位置。为了测定烟气羽流竖直轴向温度沿程变化及温度 分层环境的 温度变化, 小 尺度空 间中央 及其一 侧沿竖 直方向 分别布置 3 排 DS18B20 数字 温度传 感器( - 10~ 120 C, 精度
2006 年 8 月
方俊, 等: 温度分层环境下火灾烟气羽流上升高度公式分析
Aug, 2006
度是可能的。而在 30 cm 高 度以 上, 烟 气渐 变模 糊且速 度递 减加速, 因此, 图像分析法 失效。在等 温条件 下, 不同时 刻的 高速摄影图像见图 2( 黑色部分为烟气轮廓) 。
烟气出口采用 2 种方案。 方案 1 采 用管 路输运 , 风 扇调 节流量, 出口温度由内 加热外 绝热装 置控制, 不同 出口直 径, 这种方案的 优点是可以控 制得到均 匀稳定 的烟气 出口流, 出 口热浮力通 量由所测参数 直接计算 精确得 到, 从而可 以实现 不同燃料相同热浮力通量、相同温度分层强度下的各种 实验, 直接获得相 同条件下不同 材料烟气 羽流速 度、温度及 最大高 度之间的差 别。方案 2 直接将 燃料置 入小模 型空间 底部, 燃 烧烟气自然流出, 通过出口温度、速度等测量装置来计算出口 浮力通量, 其优点是能得到不同材料的真实燃烧状况, 从而避 免方案 1 中不能模拟真实燃烧状况的缺 点。 实验中发现 , 烟气进入 模型空 间后, 烟气羽 流迅速 上升, 在分 层环境下一般不到 20 s 就停止上升, 随后开始水平扩展, 最终 在 6 min 内 形成蘑菇云形状。早期烟气 对线性 温度分 层环境 影响很小, 而到后期, 当烟气 在水平 方向不 断扩展 时, 线 性温 度分层环境逐渐受到破坏, 最终烟气开始抵达 顶篷。
0 5 ) , 排间距为 20 cm, 每排 有 8 个传 感器, 传 感器 间距 15 cm, 1 s 采集一次。烟气由一定直径 圆形出口进 入腔室, 出 口位于腔室中央。实验采 用棉绳和 标准 A55 柴油 燃料, 棉绳 采用阴燃方式发烟, 柴油采用有焰火方式发烟 。
目前, 对于烟气速度的测量, 接触式测量方法由于烟雾颗 粒的粘附性 会大大降低 测量精度, LDV 等 非接触 式测量 由于 在算法中采用大量假设 而失去 准确性。在 本实验 中, 烟 气羽 流均由圆形出口流出, 采用瑞士 WEINBERGER 公司的 SPEEDCAM Pro- Lt 型数 字式 高 速摄 像系 统 对 出口 附 近烟 气 进行 观 测, 摄影速度为 100 帧/ s, 由系统自身 图像分析 软件对 烟气图 像的峰面高度进行分析, 得到 出口速 度。系统软 件图像 分析 的时间及高度精度分别为 0 000 1 s 和 0 001 m。这 种方法直 接而准确, 且不会对流场形成任何干扰。
本文采用与 Heskestad 不同的实验方案, 针对 小尺度 空间 内 2 种不同燃料, 研究燃烧 烟雾的输运规律, 实验中对环 境温 度、烟气温度以及烟气出口 速度和 上升最 大高度 进行精 确测 定, 并进 行 CFD 模 拟, 在此基 础上 对原 有积 分公 式进 行分 析 和修正, 并对其在大空间的应用进行初步讨论。
B=
a- gudA
( 2)
A
a
式中 a 为 环境 空气 密 度, kg/ m3; 为烟 气 密度, kg/ m3; g
为重力加速 度, 9 8 m/ s2; u 为当地 平均竖向 速度, m/ s; A 为
横截面积, m2。
因此, 出口热浮力通量为
B 0=
u
0
r
2 0
a0-
0g
( 3)
a0
式中 u0 为烟气出 口速 度, m/ s; r 0 为出口 半径, m; a0为 参
境空气温度差造成的浮力在某一高度消失并转为负值, 致使烟气停止 上升而向横向扩展。Morton 积分公式 低估了烟 气羽流上 升的最 大高
度, 且在相同出口条件及分层环境下, 柴油 烟雾比棉 绳烟雾下 降趋势
快, 上升高度小, 其原因在于积分公式中自 相似卷吸 及烟气为 空气假 设。引入烟气密度修正系数和自相似修正系数, 对M orton 公式进行了
安 全 与环 境 学 报 Journal of Safety and Environment
Vol. 6 No. 4 Aug, 2006
文章编号: 1009-6094( 2006) 04-0093-06
温度分层环境下火灾烟气羽流 上升高度公式分析*
方 俊1, 疏学明2, 袁宏永2, 张永明1, 沈兆武3
对于 2 种方案中的 每组实验 , 每 个点的 温度 值是烟 气开 始抵达侧壁 30 s 内的平均值, 羽 流最大 高度是 同一时 间内羽 流图像显示高度 值的 平均 值。B0 的 计算 采用式 ( 3) , 由 出口 烟气温度及速度计算得到, 烟气被假设为空气 。
在方 案 1 中, 对 棉绳 火做了 10 组实 验, 对柴 油火 做了 4 组实验。对于 a、b、c、d、e, 出口直径为 1 5 cm, 对于 A、B、C、D、 E, 出口直径为 3 cm。对 a、c、C、E, 2 种材料烟气出口条件及温 度分层环境条件相同。方案 1 中出口参数及温度 分层环境参 数见表 1。
大空间的早期火灾, 由 于空间 内部有 充分的 氧气和 充足 的可燃物, 会使火势扩大, 引发大规模火灾, 因此, 大空间早期 火灾探测势在必行。研究高大空间温度分层环境条件下早期 火灾烟气的 上升扩展规律, 确定 温度分 层环境 下早期 火灾烟 气羽流的最大高度, 为火灾探测器的选型、布置提供理论依据 及设计准则, 具有重要的科学意义和现实意义 。
在实验中发现, 圆 形出 口上方 30 cm 高 度以 下速度 变化 很小, 因此, 利用烟气层上升发展图像, 分析烟气出口平 均速
第 6 卷第 4 期 ( a) t = 1 941 8 s, Z= 0 ( b) t = 2 248 4 s, Z= 0 071 m ( c) t = 2 555 0 s, Z= 0 137 m
目前, 国内外大空间火 灾烟气 研究多 集中于 分析大 功率 火灾烟 气 充 填 规 律, 研 究 手 段 多 采 用 区 域 模 拟 和 实 验 分 析[1, 2] , 而基于早期火灾探测的小 功率火 灾烟气输 运规律、尤 其在温度分 层环 境下 上升 传播 的规 律, 前人 未 做深 入研 究。 区域模拟中 假设区域等温 环境, 在温度 分层环 境中显 然不能 适用。1995 年,Heskestad[ 3] 在 3 66 m 3 66 m 2 44 m 受限 空间内首次 进行了温度分 层环境下 的火灾 烟气羽 流实验, 燃 料采用正庚烷, 温度分层环境由顶部对流加热得到, 羽流最大 高度根据 Morton[ 4] 等人于 1956 年将火灾热释放速率及环境温
( 1 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室, 合肥 230027; 2 清华大学公共安全研究中心, 北京 100084; 3 中国科学技术大学力学和机械工程系, 合肥 230027)
摘 要: 对小尺度空间温 度分层环境下 柴油有焰火及棉 绳阴燃火烟
气运动进行了实验和数值模拟。结果表 明, 在分层 环境下, 烟 气与环
1 积分模型
对于充分发展的非 受限轴 对称湍 羽流, 可以采 用积分 模
型得到羽流相关公 式。积分模 型中采 用自相 似和卷 吸假设, 自相似假设指, 浮力羽流时均流速, 密度等 参数分布在羽流后 区, 呈高斯分布特征; 卷吸假设指, 羽流卷吸 空气掺入强 度与
轴线速度成一固定常数 比例关系。
结合羽流积分模型 中的质 量方程、动量 方程和 浮力通 量
浮力频率或温度分 层强度为
N=
-
gd a a0 dZ
1/ 2
( 4)
将 B0= gQ c/ a0 CpT a0和标准大气 压下空气密 度近似 公式
a= 0. 003484P/ T a 代入式( 1) , 可 以得到
Zmax = 5. 54Q1c/ 4( dT a/ dZ) - 3/ 8
( 5)
式中 Zmax为烟气羽流最大 高度, m; T a 为环 境空气 温度, K;
* 收稿日期: 2006-01- 11 作者简介: 方俊, 博士后, 博士, 从事火灾探测研究。 基金项目: 国家自然科学基 金项目 ( 50476023) ; 国家 十五科 技攻 关项目( 2004BA803B03- 4) ; 中国 博士 后科学 基金 项目 ( 2005037561)
度梯度关联的积分近 似公式 获得, 积分公 式中对 流热释 放速 率根据燃料燃烧时质量损失率测 定结果估算得到。实验研究 表明, 羽流轴 线温度及 CO2 浓度在 积分模型 理论高度下 吻合 较好, 但 羽流实验最 大高 度超 过积 分模 型最 大高 度约 25% , 这种差别 被 认为 是 由羽 流 高度 实 验 观察 方 法不 当 造 成的。 2000 年版美 国国家 消防协 会 NFPA 92B[ 5] 在 考虑线 性温度 梯 度分层环 境下 早 期 火灾 烟 气羽 流 最大 高 度 时, 同 样采 用 了 Morton 的火灾热释放速率与温度梯度关联的积分公式。
图 1 小尺度模型空间实验装置系统示意图 Fi g. 1 Schematic plan of the experimental setup
94
( d) t = 3 014 9 s, Z= 0 242 m 图 2 均匀温度环境下出口温度为 26 时不同时刻烟气高速摄影图像
Fig. 2 Smoke plume with outlet temperature of 26
修正和讨论。
关键词: 安全工 程; 温 度分层环境; 火灾烟气 羽流; Morton 公式; 高 速摄像仪; 修正系数
中图分类号: TK 121; TU972+ . 4
文献标识码: A
0引言
在现代高大空间建筑中, 如 体育场馆 、会 展中心 、大 型仓 库等, 由于太阳日照和暖通空调的作用, 顶篷下方存在一定厚 度且有一定 梯度的热空气 层, 称 为温度 分层环 境或热 分层环 境。有时热空气层厚 度及梯 度较大, 早期 火灾烟 气由于 浮力 因素的影响, 难以突破热空气层从而有可能终止在某一 高度, 而不能到达顶篷, 致使顶篷下火灾探测器无法 响应。
考空气密度, kg/ m3, 一般采 用出 口处空 气密 度; 0 为环境 空
气密度, kg/ m3。
在积分公式的应用 中, 烟气一般被假设为空气, 有
B0 = gQ c/ a0 CpT a0
其中 Q c 为 火灾热 释放速 度对流 部分, kW; Cp 为 空气定 压
比热, J/ ( kg K) ; T a0 为火源出口处温度[ 7] , K。
93
Vol. 6 No. 4
安 全 与环 境 学 报
Z 为竖向坐标。 式( 5) 即为 Heskestad 和 NFPA 92B 采 用的积分 公式, 从推
导过程可以看出, 式( 5) 是式 ( 1) 在 假设室 温为 27 左右、烟 气为空气且为理想气体条件下的近似结果。
2 实验研究Байду номын сангаас
小尺度 实验空间采用 可分离框 架式结 构, 其长宽 高分别 为 1 2 m、1 2 m 和 2 m。模型空间尺寸及材料选择原则为: 在 水平横向上, 烟气羽流的卷吸运动对周围环境影响较小 , 在竖 向上, 顶篷对流加热能获得较为稳定的线性温度梯度, 且各类 传感器及测 量仪器装置易 于合理布 置及操 作测量, 从 而为验 证积分模型公式提供可靠保证。
方程, 可以得到羽流的轴线速度、温度等参 量在竖向上的发展
关系, 得到线性分层环境下羽流上升最大高度公式[ 6]
Z max =
3.
8
B
1/ 0
4N -
3/ 4
( 1)
式中 B0 为出 口热浮 力通量, m4/ s3; N 为 Brun-t Vais l 浮力
频率或温度分层强度, Hz。
热浮力通量的定义 为
小尺度模型空间腔体壁面采用有机玻璃材料, 四周 封闭, 在底部留有一定空隙, 保证羽 流卷吸。为 得到较 好的摄 影摄 像观测效果, 左右后侧采用黑色绒面包围, 前侧留一部分面积 用于摄影照相观察。
小尺度模型空间中, 温度分层环境由石英加热管产 生, 石 英加热管共有 15 根, 水平平行铺放, 位于顶 篷下方 30 cm 处, 加热管功率 采用交流变压 器调节, 实现 不同温 度分层 强度环 境。小尺度空间内部 中央位 置留有 标尺, 以确定 烟气羽 流的 发展位置。为了测定烟气羽流竖直轴向温度沿程变化及温度 分层环境的 温度变化, 小 尺度空 间中央 及其一 侧沿竖 直方向 分别布置 3 排 DS18B20 数字 温度传 感器( - 10~ 120 C, 精度
2006 年 8 月
方俊, 等: 温度分层环境下火灾烟气羽流上升高度公式分析
Aug, 2006
度是可能的。而在 30 cm 高 度以 上, 烟 气渐 变模 糊且速 度递 减加速, 因此, 图像分析法 失效。在等 温条件 下, 不同时 刻的 高速摄影图像见图 2( 黑色部分为烟气轮廓) 。
烟气出口采用 2 种方案。 方案 1 采 用管 路输运 , 风 扇调 节流量, 出口温度由内 加热外 绝热装 置控制, 不同 出口直 径, 这种方案的 优点是可以控 制得到均 匀稳定 的烟气 出口流, 出 口热浮力通 量由所测参数 直接计算 精确得 到, 从而可 以实现 不同燃料相同热浮力通量、相同温度分层强度下的各种 实验, 直接获得相 同条件下不同 材料烟气 羽流速 度、温度及 最大高 度之间的差 别。方案 2 直接将 燃料置 入小模 型空间 底部, 燃 烧烟气自然流出, 通过出口温度、速度等测量装置来计算出口 浮力通量, 其优点是能得到不同材料的真实燃烧状况, 从而避 免方案 1 中不能模拟真实燃烧状况的缺 点。 实验中发现 , 烟气进入 模型空 间后, 烟气羽 流迅速 上升, 在分 层环境下一般不到 20 s 就停止上升, 随后开始水平扩展, 最终 在 6 min 内 形成蘑菇云形状。早期烟气 对线性 温度分 层环境 影响很小, 而到后期, 当烟气 在水平 方向不 断扩展 时, 线 性温 度分层环境逐渐受到破坏, 最终烟气开始抵达 顶篷。
0 5 ) , 排间距为 20 cm, 每排 有 8 个传 感器, 传 感器 间距 15 cm, 1 s 采集一次。烟气由一定直径 圆形出口进 入腔室, 出 口位于腔室中央。实验采 用棉绳和 标准 A55 柴油 燃料, 棉绳 采用阴燃方式发烟, 柴油采用有焰火方式发烟 。
目前, 对于烟气速度的测量, 接触式测量方法由于烟雾颗 粒的粘附性 会大大降低 测量精度, LDV 等 非接触 式测量 由于 在算法中采用大量假设 而失去 准确性。在 本实验 中, 烟 气羽 流均由圆形出口流出, 采用瑞士 WEINBERGER 公司的 SPEEDCAM Pro- Lt 型数 字式 高 速摄 像系 统 对 出口 附 近烟 气 进行 观 测, 摄影速度为 100 帧/ s, 由系统自身 图像分析 软件对 烟气图 像的峰面高度进行分析, 得到 出口速 度。系统软 件图像 分析 的时间及高度精度分别为 0 000 1 s 和 0 001 m。这 种方法直 接而准确, 且不会对流场形成任何干扰。
本文采用与 Heskestad 不同的实验方案, 针对 小尺度 空间 内 2 种不同燃料, 研究燃烧 烟雾的输运规律, 实验中对环 境温 度、烟气温度以及烟气出口 速度和 上升最 大高度 进行精 确测 定, 并进 行 CFD 模 拟, 在此基 础上 对原 有积 分公 式进 行分 析 和修正, 并对其在大空间的应用进行初步讨论。
B=
a- gudA
( 2)
A
a
式中 a 为 环境 空气 密 度, kg/ m3; 为烟 气 密度, kg/ m3; g
为重力加速 度, 9 8 m/ s2; u 为当地 平均竖向 速度, m/ s; A 为
横截面积, m2。
因此, 出口热浮力通量为
B 0=
u
0
r
2 0
a0-
0g
( 3)
a0
式中 u0 为烟气出 口速 度, m/ s; r 0 为出口 半径, m; a0为 参
境空气温度差造成的浮力在某一高度消失并转为负值, 致使烟气停止 上升而向横向扩展。Morton 积分公式 低估了烟 气羽流上 升的最 大高
度, 且在相同出口条件及分层环境下, 柴油 烟雾比棉 绳烟雾下 降趋势
快, 上升高度小, 其原因在于积分公式中自 相似卷吸 及烟气为 空气假 设。引入烟气密度修正系数和自相似修正系数, 对M orton 公式进行了