环境风作用下池火燃烧速率、热反馈机制及辐射特性研究
水平通风速率对汽油池火燃烧速率影响的试验研究
水 平 通 风 速 率 对 汽 油 池 火 燃 烧 速 率 影 响 的试 验 研 究
任 媛 媛 彭 伟 ，
（＿ １安徽理工大学土木建筑学院， 淮南 ２ ２ ０ ；． ３ ０ １ ２ 安徽 理工大学煤矿安
全高效开采省部共建教育部 重点实验室 ， 淮南
２ ２０ ） ３０ １
ＲＥＮ ａ － ｕ ｎ ， ＰＥＮＧ ｅ Ｙｕ ｎ ｙ ａ Ｗ ｉ
（ Ｓ ｈ ｏ ｆＣｉｉ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｃ ｉｅｔ ｅ Ｌ ｃ ｏ ｌｏ ｖｌ ｇｎ ｅｉｇ ａ ｄＡｒ ｈｔｃｕｒ ，Ａｎ ｕ ｉｅ ｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｃ ｏｏ ｙ Ｈｕ ｉａ ｈ ｉＵｎｖ ｒｉｙｏ ｃｅ ｃ ｎｄＴｅｈｎ ｌｇ ， ａｎ ｎ；
ｏ ｕ ｌ ｉｈ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｗｉｄ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ６ｄ ｆｅ ｅ ｔｓｚ ｆｐ ｏ ａ ｓｒ ｃ ｒ ｅ ｎ ｎ ｌｚ ｄ ｆｆ ｅｓｗｅｇ ｔｕ ｄ ｒｄｆ ｒｎ ｎ ｐ ｅ ｎ ｉ ｒ ｎ ｉｅｏ ｏ ｌｐ ｎｗａ ｅ ｏ ｄ ｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ． ｆ ｆ
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有风条件下航空煤油池火燃烧特性的实验研究
为 ０ ０ ｍ， ． ５ 燃料 为航 空 煤 油 。实 验 时 油盘 放 在 电子
作者简介 ： 童琳 （９ ６ ，男 ， １ ８一） 安徽合肥人 ，中国科学技术 大学火灾பைடு நூலகம்学 国家重点实验 室硕士研究 生 ， 研究 方向为建筑火 灾特
递 增 。对 不 同尺 寸 油 池 火 的 热释 放 速 率峰 值 随 风 速 的 变 化规 律 作 了讨 论 。
关键 词 ： 空煤 油 ； 航 热释 放 速 率 ； 烧 速 率 ； 燃 油池 火 ； 速 风 中 图分 类 号 ： ９ Ｘ３ 文献标识码 ： Ａ
Ｏ 引言
在 石油 、 化工 等行 业 的生 产过 程 以及 飞机 、 舶 船 等交通运 输过 程 中 ， 动力 部 件 区域 的燃 油泄 漏 引 发 火 灾是经 常发 生 的一种安 全 事故 ［ 。典 型 的燃 油 泄 １ ］ 漏 火灾是 一种 有风 条件 下 的液态池 火燃 烧 。针对 油 池火 的燃 烧特征 ， 人用 乙醇 、 油 、 空 煤 油 等燃 前 汽 航 料 为对象 ， 进行 了一 些研 究 。Ｃ ａｒ ｈ ｔ ｓ等人 ｌ 得 到 了 ｉ ２ ］ 汽油、 柴油 池火 的燃 烧速 率 和油 池 直径 的关 系 。Ａ．
性 的 实验 与模 拟 。 通讯作者 ： 张瑞 芳 ， 教 授 ， 士生 导师 ，－ ｉ ｚａ ｇｆ Ｕ ｔ ｅｕ ｃ 副 硕 Ｅ ｍａ ：ｈｎ ｒ＠ ｓｃ ｄ ．ｎ ｌ ．
１４ ２
火 灾科 学
Ｆ Ｒ ＡＦ ＴＹ Ｓ Ｉ ＮＣ ＩＥ Ｓ Ｅ ＣＥ Ｅ
第 １ 卷第 ３ ９ 期
天平上 ， 以记 录 航 空煤 油质 量 的减 少 。实 验 时 的 用 风 由变频风机产 生 ， 风机末端 安装有 均流段 ， 使气流
空气伴流条件下池火脉动特性研究
青年消防学者论坛空气伴流条件下池火脉动特性研究周莎莎刘长春'，马 砺打杨元博，刘新磊「，雷鹏奎(1.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安710054；2.陕西省消防总队，陕西西安710054)摘要：通过实验与MATI.AB 程序对空气伴流条件下的池 火脉动规律特性进行研究结果表明：在空气伴流速度不超过0.15 m/s 时，火焰脉动频率小，脉动振幅大，燃烧时间短；在空气伴流速度增加至0.19 m/s 后，火焰投影面积和平均高度增加，火 烙集中性大幅增强,脉动振幅大幅减小，火焰脉动频率增加，燃烧 时间增加30%以上 通过实验发现脉动特性改变的主要原因是，在低空气伴流速度下油盘上方存在周期性脱落的旋涡；在高空气伴流条件下由于开尔文-亥姆霍兹效应减弱，漩涡消失，流线平滑 波动小关键词：火焰脉动；空气伴流；频率；池火中图分类号：X913.4,TK121文献标志码：A文章编号：1009-0029(2019)02—()162-03火焰脉动是燃烧研究中的一个重要方向，在火灾防 治、燃烧污染物减排等领域获得广泛的应用。
火焰脉动的深入研究对认识燃烧现象和解决实际工程问题均有重要 意义。
火焰脉动现象的产生主要来源于两种机制，即瑞利-泰勒不稳定性和开尔文-亥姆霍兹不稳定性。
瑞利- 泰勒不稳定性机制指的是两种不同密度流体在交界面上低密度流体向高密度流体推进时出现的不稳定现象；开尔文一亥姆霍兹不稳定性机制指的是由-种连续流体中出现 速度剪切或两种流体交界面上存在速度差而引起的不稳定现象。
液体池火是一种常见的扩散燃烧，大量的研究结果表明，没有空气扰动的池火脉动频率和池盘直径的平方根成 反比。
燃烧会使火焰中心温度升高，由于体积膨胀和浮升力的作用，在火焰中心处会形成较高速度的垂直向上气 流，在上升气流边缘，剪切运动的速度不断减小，在速度分布中形成拐点，产生周期性脱落的漩涡。
伴流的存在影响 到燃料射流和火焰边缘的稳定性，改变了燃料与空气之间的混合特性。
基于CFD的开放空间油池火燃烧速率和热辐射研究
究 的重 点 ， 为其 决 定 着 油 池 火 和 对 外 界 的热 辐 射 强 度 因
和 破坏 后 果 。Ｂ ｉｏ ｌ ｖ和 Ｋｈ ｄａ ｏ （ ９ ７ １ ６ ） 早 对 油 ｎ ｕ ｉｋ ｖ １ ５ 、 ９ １ 最
Ｂ ｂ ａ ｓ ａ （ ９ ３ 通 过 实 验 分 析 了 直 径 、 速 、 料 物 ａ ｒｕ ｋ ｓ １ ８ 烧 速 率 、 释 放 速 率 随 直 径 的 变 化 以及 研 热
火焰 中轴 上 的 温 度 和 单 位 体 积 热 释 放 速 率 （ ＲＰ ＨＲ ｕＶ） 布 ， 分
３ 海 军装备部 驻 武汉地 区军事代表 局 ， ． 湖北 武 汉 ４ ０ ６ ） ３ ０ ４
摘 要 ： 用 混 合 组 分 燃 烧模 型 和 有 限 体 积 辐 射 模 型 ， 采 通
Ｋｈ ｄａ ｏ ｕ ｉｋ ｖ的 研 究进 行 分析 后 指 出 ： 直 径 （ 小 Ｄ＜ ５ ｃ 的 ｍ）
进 行 了汇 总 ， 对 燃 烧 速 率 经 验 公 式 进 行 了 修 正 。在 此 并
基 础 上 ，ａ ｓ ｅ ｓＭ （ ０ １ 、 亮 等 （ ０ ６ 分 别 对 庚 烷 Ｊ ｎ ｓ ｎ Ｌ ２ ０ ） 易 ２０）
文 章 编 号 ：０ ９ ０ ９ ２ ｌ ）２ ｌＯ 一Ｏ １０ ～０ ２ （Ｏ １ １ 一 １ ９ ５
过 液 体 表 面 蒸发 模 型对 液 态燃 料 和 火 羽 流 进 行 耦 合 ， 立 开放 建
空 间 油池 火模 型 。利 用 ＣＦ 方 法 分 别 对 不 同 直 径 的 庚 烷 油 池 Ｄ
油 池 火 是 由对 流 传 热 控 制 的 层 流 预 混燃 烧 ， 直 径 （ 大 Ｄ＞ １ ０ｃ 的油 池 火 是 由辐 射 传 热 控 制 的 湍 流 燃 烧 。 随 后 ０ ｍ）
池火灾事故后果模拟
池火灾事故后果模拟张龙梅;王艳丽;鲁顺清【摘要】The pool fire is a major type in flammable liquid storage tank zone. The model of mudan was summarized, combined with thermal radiation damage models such as personnel, equipment and domino secondary accident probability model, and then simulated pool fire accident consequences under the conditions of wind. The drawings about thermal radiation, the harm/damage radius and domino secondary accident frequency were gotten, which were about upwind and down the wind respectively.%池火灾是可燃液体储罐区易发生的主要火灾类型。
本文总结了mudan池火灾计算模型，结合人员、设备等的热辐射受损模型和多米诺二次事故概率模型，模拟了有风情况下池火灾的事故后果，分别得到了上风向和下风向池火灾热通量关系图，伤害/破坏半径以及多米诺二次事故频率。
【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】4页(P217-220)【关键词】池火灾;mudan模型;伤害/破坏半径;多米诺二次事故频率【作者】张龙梅;王艳丽;鲁顺清【作者单位】中国地质大学武汉工程学院，湖北武汉 430074;中国地质大学武汉工程学院，湖北武汉 430074;中国地质大学武汉工程学院，湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】X937池火灾是指储罐中的可燃液体遇火源或泄漏后遇火源发生的火灾，是可燃液体贮罐区易发生的主要火灾类型。
【研究】拟推荐2017年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖科学技
【关键字】研究拟推荐2017年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）项目情况项目名称：高原高压低氧特殊环境下火灾扩散燃烧行为的基础理论研究主要完成人：胡隆华，杨立中，汪箭，方俊，陆守香，王强推荐单位：中国科学技术大学申报奖种：高等学校自然科学奖项目简介：本项目针对我国特殊的高原地理条件，研究揭示了高原高压低氧特殊环境下火灾扩散燃烧行为规律，提出了高原高压低氧特殊环境下可燃物的热解与着火、热反馈与燃烧速率、火焰行为特征与稳定性的基础理论，重要科学发现包括：1. 在可燃物热解与着火方面，发现并定量揭示了高原高压低氧环境下热解失重速率更大、更容易着火的特性（着火时间更短、着火临界热流更低），建立了高压条件下考虑热解气在炭层多孔介质中输运特性的固相热解模型，揭示了热解气辐射阻隔效应对着火临界的影响机制，提出了基于counter-flow耦合压力效应的固体可燃物热解与气相着火新理论模型。
2. 在可燃物燃烧热反馈与燃烧速率方面，揭示了火灾中可燃物燃烧的传导、对流和辐射热反馈在高原高压低氧环境的特殊演化行为，发现了高原高压低氧环境下不同尺度固体和液体可燃物的燃烧速率和火蔓延速率与常压环境的差异及物理机制，建立了不同热反馈主控机制下耦合压力和火源尺度效应的火灾燃烧速率与火蔓延理论模型。
3. 在火焰行为特征与稳定性方面，发现了高原高压低氧环境下火灾湍流扩散火焰特征参数（火焰高度、中心线温度、碳黑辐射等）、以及火焰推举和吹熄等失稳行为与常压环境的差异，并揭示了其中的物理化学耦合机制，建立了高原高压低氧环境下火焰卷吸及其特征参数模型，提出了基于Damköhler 数耦合压力效应的火焰推举和吹熄临界理论模型。
本项目揭示了高原高压低氧环境下火灾的特殊扩散燃烧行为规律，并系统建立了相关基础理论，共发表SCI论文62篇，其中12篇发表在国际燃烧领域两大权威期刊Combustion and Flame 和Proceedings of the Combustion Institute。
风速对航空煤油池火热释放速率的影响
ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｃ ｌｕ ａ ｅ ｔ ｅ ｃ ｍｂ ｓ ｉ ｎ ｏ ａ ｏ ｉ ｅ ｐ ｏ ｉｅ Ｔｈ ｔ ｏ ｓ ｔ ａ ｃ ｌ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｆ ｇ ｓ ｌ ｏ ｌｆｒ ． ｏ ｎ ｅ ｒ ｓ ｌｓｏ ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｅ Ｄ ｒｍｅ ｔ ｌｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｅ ｅ ｕ ｔ ｆｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｉ ｌ ｔ ｒ ｏ 。
致 的 意外 火 灾 往 往 与 环 境 风 速 存 在 密 切 关 系 。研 究 航 空
煤 油 在 不 同 的 条 件 下 的燃 烧 特 性 具 有 重 要 意 义 ， 目前 对
航 空 煤 油 燃 烧 特 性 的 研 究 大 多 针 对 相 对 简 单 的 外 界 无 风 条 件 。然 而 ， 境 风 速 对 航 空 煤 油 的 油 池 火 燃 烧 过 程 的 环
分 别 为 ０ ２ ０ ３ 、 ． 风 速 为 ０～ ３ ７ ｓ 实验 结 果 表 ． 、 ． ４ ０ ５ ｍ， ． ８ ｍ／ 。
０ ０ ｎ ． ５ ｒ 。实验 时 ， 池 中 的航 空 煤 油 厚 度 都 是 ０ ０ 油 ． ２ ｍ， 设 定 水 平 方 向 的风 速 为 Ｏ ． ８ｍ／ ， 过 酒精 进行 点 火 ～３ ７ ｓ 通 引燃 ， 采 用 酒 精 厚 度 为 ５ ０ １ ～ Ｉ。实 验 时水 平 方 向 所 ．× ０ Ｔ Ｉ 的气 流 通 过 变 频 风 机 调 节 ， 风 机 的 末 端 安 装 均 流 段 使 在 出 口 的气 流 较 为 均 匀 。此 外 ， 出风 口的 截 面形 状 为 圆形 ，
ａ ｓ ｅ ｏｇｃ ｌ ｕｒ ｅ ｂｕ ｅ ｕ，Ｇｕａ ｇｄｏ Ｇ ｕ ｎｇ ｈｏ ５ ０８ ｌ ｇ ｏｌ ｉａ ｓ ｖ ｙ ｒａ ｎ ｎｇ ａ ｚ ｕ １０ ０， Ｃｈｉａ） ｎ Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａ ｅ ｐｅ ｉ ｅ ａ ｉ ｕｌｔｏｎ ｍ ｅ ｈｏ Ｏ ｄｅ ｅ ｍ ｉ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｓ ｄ ｏｎ ｅｘ ｒｍ ｎｔ ｌｓｍ ａ ｉ ｔ ｄ ｔ ｔ ｒ ｎ ｔ ｈｏ ｈｅ ｕｎｄ ｖ ｏｎｄ ｔｏ ａｎ ｕｓ ｄ ｈｅ ａｒ ｃ ｉｉｎｓ， ｄ ｅ ｔ ｎｕｍ ｅ ｉａ ｓｍ ｕｌｔｏ ｒｃ ｌ ｉ ａ ｉｎ
纵向通风下障碍物对隧道火灾燃烧速率的影响研究
纵向通风下障碍物对隧道火灾燃烧速率的影响研究作者：张波陈丽霞马隽湫贾天耀李海航来源：《今日消防》2023年第12期摘要：采用模型隧道实验的方法，研究不同纵向通风速度和障碍物距离下池火燃烧速率的变化规律。
结果表明，在纵向通风的条件下，障碍物的距离为5cm时池火的燃烧速率最高。
在障碍物距离一定时，池火的燃烧速率随纵向通风速度增加而增加。
障碍物距离在一定范围内，池火的燃烧速率高于无障碍物的情况，而障碍物距离超出一定范围时，池火燃烧速率与无障碍物的情况相差不大。
障碍物的存在对池火燃烧速率的影响主要归因于侧壁辐射效应和气流场的变化。
纵向通风对池火燃烧的影响更为明显。
当障碍物距离改变时，气流场会改变火焰的倾斜方向，进而改变侧壁辐射效应。
这些发现对于深入理解隧道火灾特性、优化消防安全设计以及制定有效的火灾防控措施具有一定的指导意义。
关键词：纵向通风；燃烧速率；障碍物；辐射效应中图分类号：D631.6 文献标识码：A 文章编号：2096-1227（2023）12-0008-03在实际情况下，火灾发生时隧道内部可能存在车辆和货物等障碍物，占据隧道横截面较大的面积比例，障礙物会对隧道内部温度分布、烟气流动等火场参数产生影响。
近年来，有些研究者开始探究障碍物对隧道火灾的影响，其中阻塞比（障碍物横向面积占据隧道横截面的比例）是研究的关键参数。
黄有波等人[1]通过数值模拟研究了隧道阻塞比对临界风速的影响，发现临界风速随着阻塞比的增加而减小，且当阻塞比达到一定值时，临界风速不再减小。
王君等人[2-3]通过实验研究，得出了与黄有波等人类似的结论。
Tang等人[4]发现烟层厚度更受纵向通风的影响，随着风速增加而增大；存在车辆堵塞时的烟气层厚度小于不存在车辆堵塞时的烟层厚度。
关于隧道阻塞对临界风速和烟气层厚度的影响，丹麦理工大学[5]也得出了相似的结论。
范梦琳等人[6]采用数值模拟研究了阻塞对烟气温度及逆流长度的影响，发现存在障碍物的情况下烟气逆流长度随着火源高度的升高而减小。
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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)。
发现油池火的燃烧速率随油池尺度的不同显现出不同的非线性演化规律。较小尺寸油池火(25 cm&35 cm)的燃烧速率随风速呈现先上升后下降的趋势。
其中的上升趋势是由于环境风加强了强迫对流。而当风速进一步上升时,火焰滞留时间下降。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ当其低于一临界值时,火焰从油池前沿脱离,环境风直接冷却液面,导致燃烧速率下降。而当油池尺寸进一步增大时,燃烧速率先上升后下降,而后再上升。
风速较小时,环境风在加强火焰区空气和燃料蒸汽的掺混,并削弱液面附近蒸汽锥对辐射热反馈的阻碍作用,燃烧速率上升;随着风速的增加,火焰倾斜愈发剧烈,辐射热反馈下降,燃烧速率下降;而当风速较大时,池火的燃烧将转变为强迫对流主控,环境风加强强迫对流,燃烧速率再次上升。同时给出了基于弗劳德数(表征池火浮力诱导速度和环境风速的竞争机制)的各转折点临界风速拟合,显示了良好的线性关系,显示出环境风速和浮力诱导速度在转折点处达到了某种平衡,弗劳德数大致相等。
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。
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。
同时提出了耦合环境风速、油池尺度和燃料液面深度的燃烧速率模型。(3)研究了环境风作用下丙烷气体池火的辐射热流和辐射分数随环境风速、燃烧器尺寸和火源功率的演化规律。
选用尺寸为8-20 cm的正方形多孔丙烷燃烧器,在较大的环境风速范围(0-～5 m/s)和不同的火源热释放速率(9.24-27.72 kW)条件下进行了燃烧风洞实验。实验结果显示,当风速大于0.5 m/s时,辐射热流和辐射分数均随风速上升而单调下降。
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。
对于尺寸较小的池火(5&10 cm),燃烧速率在燃料液面深度较小时随风速增加而单调上升,而在燃料液面深度较大时先下降后上升。对于尺寸较大的池火(15&20 cm),燃烧速率在燃料液面深度较小时呈现上升-下降-上升的演化趋势,而在燃料液面深度较大时同样呈现先下降后上升的趋势。
这些不同的趋势是由于环境风和燃料液面深度的耦合作用会形成火焰和油池液面之间的显著距离,从而影响燃料接收的热反馈。除此之外,环境风会将火焰“推入”油池内部,从而进一步影响热反馈。
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。
(2)研究了环境风和燃料液面深度的耦合作用对油池火燃烧速率的影响。利用边长为5-20 cm,燃料液面深度为0.25-2倍油池边长的正庚烷油池进行了燃烧风洞实验。
实验结果显示,无风环境中油池火的燃烧速率随燃料液面深度呈现非线性的演化规律,并针对这一特殊的演化进行了相应的传热机制分析。在环境风作用下,油池火燃烧速率随油池尺度和燃料液面深度的不同而呈现不同的演化规律。