不同受限條件下雙方形對稱火源相互作用燃燒行為研究.pdf

1、兩個及以上的鄰近火源同時燃燒稱為多火源燃燒。多火源燃燒多發(fā)生于森林和城市等典型的具有離散可燃物場景中，一旦出現(xiàn)，易發(fā)展成為極具危險性的區(qū)域大火。當(dāng)火源相互靠近時，多火源之間競爭卷吸空氣形成的內(nèi)外壓差將導(dǎo)致火焰傾斜甚至融合?；鹧嫒诤峡稍黾踊鹧娓叨群腿紵俾?，在一定條件下可能誘發(fā)火旋風(fēng)和飛火等特殊的火現(xiàn)象，增加火災(zāi)引燃和火蔓延的可能性。在多火源疊加熱輻射作用下，受限空間的多火源火災(zāi)更具破壞性和失控性。深刻認識不同受限條件下多火點火災(zāi)發(fā)展的特

2、殊規(guī)律，對提高森林和城市火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警和防控能力有極其重要的理論和現(xiàn)實意義。本文采用理論分析與實驗研究相結(jié)合的方法系統(tǒng)揭示了開放空間、非受限頂棚和狹長受限空間內(nèi)雙方形對稱火源的燃燒行為。具體工作包括:
　　開展開放空間雙方形火源燃燒的實驗，研究火焰形態(tài)、燃燒速率和火焰對外輻射特性。首先，以丙烷氣體為燃料，采用基于統(tǒng)計學(xué)概念的火焰融合概率來量化火焰融合程度;推導(dǎo)了受限區(qū)和非受限區(qū)卷吸速率耦合關(guān)系，建立了雙氣體火火焰高度分段預(yù)測模型，在

3、此基礎(chǔ)上建立了考慮火焰傾角的雙長方體火焰模型來計算雙火焰對外部水平朝向目標(biāo)的輻射熱流，并與實驗結(jié)果對比驗證了模型預(yù)測精度。其次，以庚烷液體為燃料，建立了疊加熱反饋作用下的燃燒速率增量模型;提出基于火焰體積比的權(quán)重多點源模型計算雙火焰對外部豎直朝向火焰目標(biāo)的輻射熱流，并與實驗結(jié)果和已有經(jīng)典模型對比驗證了模型預(yù)測精度。
　　開展非受限頂棚下方雙方形火源燃燒的實驗，研究頂棚高度、火源功率和間距對頂棚縱、橫向火焰長度以及頂棚縱向溫度的影響

4、。揭示了頂棚縱、橫向火焰長度隨著間距的增加分別增加和減小的規(guī)律;基于能量守恒，引入頂棚剩余火源功率并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)分別建立了縱、橫向火焰長度預(yù)測模型。發(fā)現(xiàn)頂棚縱向最高溫度受間距影響較小，從而基于單火羽流理論建立了頂棚下方最高溫度預(yù)測模型;對比發(fā)現(xiàn)Heskestad和Hamada基于單火源在強羽流驅(qū)動下的頂棚溫度分布規(guī)律不再適用于雙火源的情況，引入自由火焰高度來修正羽流半徑，從而建立了雙強羽流的頂棚溫度衰減預(yù)測模型。
　　開展狹長受限

5、空間內(nèi)雙火源放置于縱向中心線上燃燒的實驗，研究頂棚溫度分布、燃燒速率、火焰形態(tài)和對外輻射。首先，以丙烷氣體為燃料，建立了雙火源分別在弱羽流和強羽流驅(qū)動下的頂棚縱向溫度衰減模型;引入有效卷吸周長，建立了豎向與頂棚縱向總火焰長度與無量綱火源功率的關(guān)系式。其次，以庚烷液體為燃料，揭示了燃燒速率隨間距的減小先增加而后減小的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在確定的油池尺寸下，位于縱向中心線上的雙火源產(chǎn)生的最大總熱釋放速率是單火源受限燃燒的4倍以上;基于量綱分析并引