高原環(huán)境下壓力影響氣體燃燒特征和煙氣特性的實驗與模擬研究.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構或者石木混合結構,火災載荷大,耐火等級低,而且其內(nèi)部還要大量易燃物品,防火形勢十分嚴峻。由于高原地區(qū)的地理地域特點,現(xiàn)有的消防技術手段是否適用尚沒有進行過專門研究。因此,迫切需要對高原地區(qū)的火災防治開展研究,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防治研究的基礎,是建筑防火設計和

2、火災探測的科學依據(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、氧氣質量濃度、摩爾擴散系數(shù)等都將隨之改變,這些條件的變化必然會對燃燒反應過程、煙氣運動蔓延等產(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復雜,這大概可以歸結為兩個方面: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量濃度,羽流卷吸空氣的流量等,從而影響其他相關的火災參數(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系。因此,本文選取可燃氣體的燃燒過程為主要分析對象,通過控制氣體質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,以便于實驗測量和簡化分析。
　　 環(huán)境壓力的變化會從物理機理和化學反應機制等方面對燃燒過程產(chǎn)生影響。本文首先依據(jù)燃燒學、火災學等經(jīng)

4、典理論并結合半理論性或經(jīng)驗性模型,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理,推導出火焰高度、火焰和羽流溫度、碳顆粒和煙氣組分濃度、火焰熱輻射等相關火災參數(shù)隨壓力的變化趨勢,為下一步的研究提供指導和參考。
　　 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行了對比燃燒實驗。實驗中使用數(shù)字攝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數(shù),使用輻射熱流計測量火焰的輻射熱通量。通過實驗測量結果的比較分析,在定性分析的基礎上,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)的火災防治和火災探測提供科學依據(jù)。除了現(xiàn)場實地實驗,本文也設計了低壓實驗艙來獲得低氣壓環(huán)境,實現(xiàn)了在平原地區(qū)對高原地區(qū)低壓低氧環(huán)境的模擬。借助此實驗平臺,可以在較寬的環(huán)境壓力范圍內(nèi)開展實驗,得出更多不同條件下的實驗數(shù)據(jù)。
　　 在