直线运动下移动火源燃烧实验和数值模拟

为了研究直线运动下移动火源的燃烧特性,对风洞中做直线运动的蜡烛火焰在不同工况下的燃烧进行了实验,并运用Fluent软件进行数值模拟对比分析.研究结果表明:当移动火源与空气的相对速度为0.44 m/s时,风作用和车作用2种不同情况下火焰都向同一个方向偏转,但火焰形态差异较大,前者火焰短而宽,后者火焰细而长,且后者燃烧温度更高.绝对静止燃烧和相对静止燃烧时,前者火焰呈左右对称图形,后者火焰向火源运动的反方向偏转,后者燃烧温度更高.因此,移动火源与静止火源燃烧有区别,不能利用相对运动的概念来分析移动火源燃烧.     

直线运动火源扩散火焰结构特征的试验研究

运动火源燃烧引起的空气湍动受火源运动和燃烧双重影响,导致其火焰结构变得更加复杂。采用数字摄像系统,对风洞中直线运动蜡烛火源的扩散燃烧过程进行了拍摄。运用图像对比和一阶Robert算子边缘检测,对火焰结构的静态特征和动态特征进行了分析,以探究直线运动火源扩散火焰结构特征,及其与绝对静止扩散火焰结构的内在物理本质区别。研究结果表明:风洞内做直线运动的蜡烛在火源燃烧的过程中,蜡烛运动速度会对流动、传热和燃烧产生明显影响,从而引起火焰形状、边缘和面积均发生规律性变化。通过对火源相对静止和绝对静止的对比发现:火源运动与外界风速引起的火焰面形态变化不是完全等效的,即移动火源与静止火源燃烧产生的火焰结构存在差异,采用相对运动概念来分析移动火源扩散火焰结构特征,可能与实际情况不吻合。     

直线运动火源扩散火焰二维温度场特征

利用高速摄像系统,结合三色测温法和图像处理技术,研究了运动火源扩散火焰二维温度场受速度、加速度影响的变化规律.提出一种可实现测量此类直线运动火源扩散火焰二维温度场的方法,并提取运动火焰温度信息,分析了速度和加速度参数影响运动火源瞬态温度场特征的变化规律,实时获取了直线运动火源扩散火焰的瞬态运动图像序列.结果表明:同一加速度条件下,运动火焰区域平均温度的变化规律经历三个不同速度的变化阶段.不同加速度条件下,运动火焰区域平均温度、最高温度随速度的变化规律具有相似性.此测温方法可解决直线运动火源扩散火焰温度场重建问题,为研究运动火源燃烧机理提供了一种新的分析方法.     

线火源与点火源在巷道火灾中烟流特性对比

为揭示井下线火源与点火源诱导火灾的不同,达到有针对性的进行矿井火灾防治,依据两种火源类型的燃烧特性,应用火灾动力学模拟软件FDS,建立了符合井下火灾燃烧特点的矿井平巷火灾模型,模拟对比分析了两类火源在相同火灾场景下烟气运动过程、速度分布及温度衰减规律.研究结果表明:在1.2 m/s风速条件下,线火源在顶棚射流过程中烟气的水平运动速度大于点火源,烟流逆流长度较长;巷道中截面火源附近速度最大,可达3.5 m/s,由于节流作用和输送机的遮挡,上风向顶板附近及输送机后部风速减小.顶板最高温度随火源距离的增大出现衰减,且线火源的衰减速度小于点火源,竖向温度由巷道顶板向底板方向递减.因此,线火源的火灾危害性更大,在火灾防治中应该给予更高的关注.     

通风环境下保温材料XPS的火灾特性

在0,0.6和1.2m/s机械通风条件下,实验研究不同火源距离和火源位置时挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的火灾行为、引燃特性及烟气特性.结果表明,随着风速的增大,XPS表面火焰蔓延速度逐渐增大且较早出现结焦现象.通风风速和火源位置相同时,XPS引燃时间与火源距离近线性相关;火源位于垂直墙面位置时,风速从0.6m/s增加到1.2m/s,XPS最大引燃距离从0.2m缩短至0.15m.与其他工况相比,风速为0.6m/s时,烟气温度达最大值,且氧气、二氧化碳及一氧化碳浓度变化量最小,XPS燃烧速率随着风速的增加先增大后减小;当风速较小时,氧气浓度增加对XPS燃烧起主导促进作用;随着风速的进一步增加,其热效应对燃烧的抑制作用显著增强.     

移动火源隧道火灾拱顶温度变化规律数值模拟

 为研究动态火源对隧道拱顶温度场分布影响规律,针对隧道中动态火源火灾,在自然通风条件下,静止、40km/h及60km/h等速度的20MW火源在隧道内穿行的火灾过程,采用火灾动力学模拟器Fire Dynamic Simulator(FDS)进行火灾场景的模拟与计算.重点对火源在隧道行进过程中拱顶沿纵向温度分布、温度峰值变化规律及影响因素进行分析.研究结果表明,通风是影响隧道火灾温度的主要因素,移动火源在一定程度上打破了隧道内由于顶棚射流引起的热烟气与冷空气的动态循环机制,活塞风尾段涡流会引起隧道流场变化,一定程度阻碍了燃烧释放热量向火源行进逆向的扩散,并将高温气流带向其运动方向.     

直线运动火源扩散火焰投影灰度的分形特征

通过高速摄像仪获取加速度3.6、5.4、6.5 m/s2下的直线移动火源扩散火焰匀加速图像序列,经图像处理得到不同投影灰度的火焰图像结构图,再利用分形理论研究了其投影灰度下的分形特征.结果表明:速度和加速度的作用产生的切向作用力与燃烧产生的浮力的共同作用,会改变移动火焰的分形,比静止火焰更加复杂;不同投影灰度的分形维数在燃烧控制区随速度增大而增大,在过渡区随速度增大而减小,在横掠风控制区随速度变化趋于平稳;不同投影灰度的分形维数达到最大值和最小值对应的速度差别较大且加速度大时达到最大分形维数的时间短,火焰图像投影灰度的分形维数随灰度增加而减小,但在加速度和速度较大时影响减弱.     

纵向通风对地铁区间隧道火灾温度特性影响

以西安某地铁站区间隧道为研究对象,基于Froude相似性原理,建立1:10小尺寸实验模型,研究火源功率、纵向通风速度对隧道区间火灾时温度特性的影响,对比分析12.67,15.33和18.24 kW 3种火源功率在不同风速下的火焰形态、顶棚最大温度分布及顶棚辐射能量。研究结果表明:纵向通风会增强燃烧,增加火焰长度、降低火焰高度,同时降低隧道内温度和顶棚热辐射;当无纵向通风时,顶棚最高温度分布随火源功率呈指数函数关系,随着纵向通风风速的增加,二者相关性逐渐降低;当纵向通风风速大于1.0m/s时,隧道温度和热辐射主要受火源功率影响。     

直线运动下移动火源扩散火焰的分形结构特征

由高速摄像仪获得移动火源在匀加速直线运动下的火焰图像序列,利用图像处理技术和分形理论,研究其分形结构特征.结果表明:处于匀加速直线运动状态下的移动火源扩散火焰具有分形维数特征,同一加速度下的分形维数随速度增大而增加,当移动火源运动速度达到一定值以后,火焰的分形维数增大的幅度变缓慢;加速度较大的移动火源扩散火焰的分形维数随火源运动速度上升的趋势较快,影响火焰锋面的褶皱和扭曲;移动火源与静止火源有一定的区别,可通过对比两者火焰的分形维数特征来加以识别.     

直线移动火源扩散火焰加速运动下的倾角特性

利用高速摄像实时获得匀加速直线运动下移动火源扩散火焰的图像序列,结合数字图像处理和力场分析研究火焰倾角受速度、加速度影响的变化规律。研究结果表明:处于非惯性系的火焰倾角增加规律经历3个不同速率的变化阶段;处于非惯性系的火焰倾角与火焰合力倾角并不是在同一方向上,火焰合力倾角要先于火焰倾角发生偏移,二者之间存在夹角,且大加速度工况下夹角大,随着速度增加,空气阻力增加,夹角减小,火焰倾角与火焰合力倾角同时趋近90°。     

喷头位置对羽流火焰高度影响的数值模拟研究

目的研究喷头位置对窗口羽流火焰高度的影响,揭示羽流火焰高度和喷头位置之间的变化规律,为高层建筑多火焰融合作用下的外部防控技术提供理论依据.方法采用火灾动态模拟软件PyroSim对房间不同位置放置喷头的火灾模型进行数值模拟,通过对所设置工况的模拟研究,分析窗口温度曲线及温度等温线,并引入危险温度T、T_1及T_2.结果喷头位置明显影响窗口羽流火焰高度,喷头分别放置在距窗口2 m、3 m处和距火源中心2 m、3 m处与放置在距窗口1 m处相比,窗口羽流火焰T的高度提高了0.38～1 m,T_1的高度提高了0.2～0.38 m,T_2的高度提高了0.21～0.32 m.结论随着喷头位置距窗口和火源中心的距离增大,羽流火焰高度明显提高,但由于火源位置的随机性,实际安装中无法预知火源位置,故建议选择喷头位置距窗口1 m处,即易于安装,又能有效降低羽流火焰高度.     

初始线性火源的秸秆火焰蔓延及燃烧特性实验

秸秆是引起山火的常见典型可燃物之一。为了有效预防由秸秆火灾引起的大规模山火,有必要对秸秆燃烧过程进行深入研究。文章开展了直径为1 m、宽度从10 cm到60 cm的初始线性火源的秸秆燃烧实验。对比分析了不同工况下的火焰蔓延扩散过程,并对秸秆的质量损失速率、火焰温度等燃烧特性进行了分析。结果表明：秸秆燃烧过程呈现匀速蔓延的特点,蔓延速率与秸秆宽度成正相关关系;火焰前锋在宽度较窄时呈现凹形形状,在宽度较宽时呈现凸形形状。建立了秸秆的质量损失速率与火焰前锋横纵比的定量模型;火焰温度呈现“快速升高-缓慢降低”的趋势,秸秆表面温度超过500 ℃。研究结论有助于评估由秸秆燃烧造成的火灾危险程度。     

管道中锆粉云火焰传播的温度与速度特性

粉末状的锆金属不仅燃烧速度快,而且燃烧释放出的热量非常高,作为高能燃料被广泛应用在航天和军工领域.锆金属以粉尘云的形态燃烧时,大量微小悬浮锆颗粒燃烧会形成具有一定面积的火焰,采用实验方法研究锆粉云火焰在竖直管道中的温度和速度特性.研究结果表明,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度有相同变化趋势,都随锆粉云质量浓度增加先增大后减小.当锆粉云质量浓度为0.625 kg·m-3时,出现最高火焰温度,可达1777.81℃,在此条件下管道中最快火焰传播速度可达39.7 m·s-1.当质量浓度超过0.625 kg·m-3后,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度都会降低,主要是由于富燃料燃烧、管道中氧气不足而导致颗粒不能完全燃烧.实验得到了不同质量浓度锆粉云的最高火焰温度值与最快火焰传播速度.     

地铁列车行驶速度对火灾烟气温度特性的影响

采用缩尺实验台研究运行地铁车厢顶部着火后的温度分布特征,设定12.34,15.60,18.25,21.47和25.10 kW 5种火源功率,在0,40,60和80 km/h这4种不同列车运行速度下进行实验,分析顶棚最高温度、温度衰减区域及其下降速率。研究结果表明:当速度≤60 km/h时最高温度点均在火源点上方,风速增加后火焰朝着下风向蔓延,距离火源点0.9 m的位置是温度下降最剧烈的区域。根据不同实验工况测得温度分布情况,判定列车以4种速度运行时,发生火灾后车厢的高危区域。当运行列车发生火灾后,进行人员疏散时可以根据划分的危险区域选择安全的疏散方向和区域,为火灾的应急处置和人员救援提供优化方案。     

电预热多孔介质燃烧器内柴油燃烧的实验研究

通过建立电预热式多孔介质燃烧实验系统,在不需二次点火情况下,实现了液体燃料的预蒸发自维持燃烧.在确定电预热温度场稳定性基础上,分析了柴油在多孔介质内预蒸发燃烧的火焰特征与温度场变化规律,讨论了当量比和空气流量对燃烧特性的影响.结果表明:电预热系统具有很强的稳定性,维持稳定燃烧所需的最低预热温度约为750℃;实验观察到液体预蒸发燃烧过程中出现了稳定火焰和过滤燃烧火焰两种火焰形态;稳定火焰与气体预混合燃烧火焰类似,火焰区最高温度可达1 140.2℃,过滤燃烧火焰传播速度约为1 m/s;随着空气流量的增加,火焰面向下游移动且燃烧更加完全;当量比对温度分布影响较大,但其对火焰传播的影响相对较小.     

发动机进气温度对稀薄燃烧稳定性影响的可视化研究

稀薄燃烧稳定性是先进天然气发动机稳定高效清洁燃烧的重要指标．为了进一步探索改善天然气发动机稀薄燃烧性能的方法,本文基于一台高压缩比单缸光学发动机,采用高速摄影和瞬态压力同步测量方法,研究了进气温度对天然气发动机稀薄燃烧特性的影响,量化了火焰发展演变与发动机性能之间的关联性．研究表明：提高进气温度可以提升缸内压力和放热率峰值,进气温度从25℃到75℃,峰值压力从3.71 MPa提升至4.49 MPa,峰值放热率从57.17 J/(°CA)提升至64.36 J/(°CA),并且放热过程更为集中,同时结合发动机点火时刻,可进一步实现燃烧相位优化,降低传热损失;可视化燃烧图像显示,高进气温度条件下着火延迟期缩短,初始火焰尺寸增大,后期火焰传播更快,最大火焰传播速度提升至约10.6 m/s,同时火焰前锋趋于向四周传播,火焰形态对称性更好．此外,本文创新性地提出了一种基于可视化图像来量化的已燃质量分数的经验准则来评价初期火焰发展特性,发现提升进气温度主要影响早期火焰发展规律,高进气温度下早期火焰循环变化系数从18.12%降低至7.86%,并且该持续期平均值从13.03°CA降低到了9.25°CA,...     

低旋流多喷嘴燃烧器性能实验

对燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器的性能进行了实验,分析了当量比和喷嘴出口气流速度对燃烧室压力脉动、排温和排放的影响.结果表明,低旋流多喷嘴燃烧器运行时存在稳定燃烧区、不稳定燃烧区和回火区.随着当量比的减小多喷嘴燃烧趋于不稳定,压力脉动幅值增加,主频降低.随着喷嘴出口气流速度的增加,燃烧趋于稳定,压力脉动幅值减小,主频增加.喷嘴出口气流速度大于12m/s时,多喷嘴燃烧器不存在不稳定燃烧工况.低旋流多喷嘴燃烧器NOx排放与绝热火焰温度呈对数线性相关,且NOx排放随火焰温度的变化比单喷嘴小.     

环境条件对柴油池火火行为的影响

为了分析不同初始环境条件下柴油池火的火行为,以下衬水垫层、直径D为205 mm的柴油池作为主火源和待引燃火源,通过对火焰温度、热辐射强度和烟气蔓延速度的测试,分析初始环境温度、自然通风和机械通风对柴油池火燃烧特性及安全防火间距的影响。研究结果表明:在自然通风条件下,环境温度越高,柴油池火进入沸溢喷溅阶段越快,辅油盆被引燃的可能性增大。当风速为0.5 m/s时,环境温度为9℃和25℃时柴油池火的安全间距分别应该保持在0.4D和0.6D以上;当风速为1.0 m/s时,两种环境温度下柴油池火的安全间距均应保持在0.8D以上。在所设置的实验条件下,辅油盆被引燃的临界条件是其接收到的辐射热累计达到392.634 k J/m2以上。低风速条件下,环境初始温度越高,柴油池火蔓延的危险性越大;当风速增加到1 m/s时,环境初始温度的影响相对较小,风速对柴油池火蔓延的影响更突出。     

不同海拔条件下柴油燃烧火焰温度和碳烟特性研究

为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布. 结果表明,随着海拔由0 m增加至2000 m,环境温度、压力同时降低产生了耦合作用,导致柴油滞燃期由2.0 ms增大至3.13 ms.海拔升高后,柴油燃烧过程中平均火焰温度降低,局部高温区域消失,KL因子总量减少. 海拔条件变化影响了碳烟特性和火焰温度的关系. 随着海拔升高,火焰温度降低,导致碳烟氧化主导阶段碳烟氧化速率降低,局部火焰温度对局部碳烟浓度的影响减小.      

多燃料喷口夹角与火焰长度的关系

鉴于在多燃料喷口的甲烷-空气扩散燃烧中,喷口布局方式对火焰长度的影响较大,验证扩散燃烧火焰长度数值计算的可靠性;根据对称原理,经过反复试算,确定合理的计算区域,调整各喷口之间的夹角以及甲烷和同流空气的速度,得到不同工况下的火焰长度.研究结果表明:甲烷与同流空气流动速度相等,火焰长度随着同流空气流速增大而增大;当同流空气速度一定时,火焰长度随着甲烷流速变大先增大后减小;当喷口夹角为0o(或90o)时,火焰长度最短,当喷口夹角为30o时,火焰最长.