细水雾作用下射流火焰形态及稳定性研究

摘要

燃气泄漏形成的射流火焰其产生的强烈热辐射会严重危及周围人员和建筑物的安全，如果冒然将其扑灭，泄漏的燃气与空气混合，会形成爆炸混合物，酿成更大损失。因此燃气泄漏形成的射流火焰主要应该以控制为主，而细水雾是控制射流火焰的有效方法之一，故开展细水雾作用下射流火焰稳定性研究，具有重大的学术价值和现实意义。
　　本文设计和搭建了细水雾控制射流火焰实验台，以热流计、热电偶树等为实验数据测量工具，通过改变燃气流量和水雾压力大小，研究了在细水雾顶喷作用和侧喷作用下圆形、矩形、三角形三种不同喷口结构射流火火焰形态、火焰温度、火焰热辐射能力、火焰熄灭时间的变化规律。
　　在顶喷作用下，随着细水雾压力不断加大，射流火焰平均高度越来越低，但是，当水雾动量相对于射流动量严重不足时，会出现火焰周期性膨胀现象，导致火焰高度随着细水雾压力的增大反而增加。在侧喷作用下，随着水雾压力的增加，火焰倾斜角度增加速度降低。
　　细水雾能够非常有效的降低射流火焰的辐射强度，以丙烷射流火某个工况为例，当水雾压力达到5MPa时，1#、2#、3#热流计测量的热流密度均发生明显衰减，分别降低了76.96%、82.17%、83.70%，可见，采用细水雾控制射流火减轻受保护区域的辐射危害将是一种非常有效的方法。
　　细水雾顶喷作用下，三角形非对称结构喷口射流火相比于圆形和矩形对称结构喷口射流火表现较稳定，是因为非对称结构喷口射流火能增加空气卷吸作用：细水雾侧喷作用下，三角形非对称结构喷口射流火稳定性最差，是因为水雾从侧面作用于火焰根部，火焰在卷吸空气的同时也会卷入大量的雾滴。
　　此外，建立了细水雾抑制射流火焰的数值仿真模型，主要包括涡耗散燃烧子模型、DPM离散相子模型和k-ε湍流子模型．通过比较发现数值模拟结果与实验结果相吻合，即为今后射流火的预测和防治提供了一种可靠的数值计算模型。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和研究目标

1.4 研究方案和技术路线

2 细水雾控制射流火焰实验系统设计

2.1 引言

2.2 气体射流火子系统

2.3 细水雾雾化子系统

2.4 测量和数据采集子系统

2.5 火焰形态特征的图像提取

2.6 小结

3 细水雾顶喷作用下不同喷口结构射流火焰特性研究

3.1 引言

3.2 实验方法及测量

3.3 火焰图像特征变化

3.4 火焰温度变化

3.5 火焰热辐射变化

3.6 灭火时间

3.7 小结

4 细水雾侧喷作用下不同喷口结构射流火焰特性研究

4.1 引言

4.2 实验方法及测量

4.3 火焰图像特征变化

4.4 火焰温度变化

4.5 火焰热辐射变化

4.6 灭火时间

4.7 小结

5 细水雾与射流火焰相互作用的数值模拟

5.1 引言

5.2 火焰模型

5.3 细水雾模型

5.4 数值模拟结果

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献