柴油及柴油混合燃料的火蔓延特性研究

摘要

世界经济在保持超高速发展的同时，各类能源短缺以及环境污染问题也变得愈发严重。尽管各国都致力于清洁可再生能源的研究，但是石油燃料的生产和消费依旧占主导地位，且持续增长。近年来，柴油机凭借卓越的经济性和动力性从而得到了社会的普遍关注，也推动了柴油混合燃料的发展。然而前人关于柴油和柴油混合燃料的研究主要关注的是其燃烧、排放及物理化学特性等，而针对其火蔓延方面而开展的研究则相对较少。液体燃料的燃烧强度大、扩散速度快，一旦泄漏引发火灾，极易严重威胁到人员的安全并造成巨大的经济损失。基于以上现状，本文以柴油及柴油混合燃料为实验对象，开展了相关研究:
　　实验研究了不同初始温度对柴油和汽/柴油混合燃料表面火蔓延相关特性的影响作用。结果表明，燃料的初始温度越高，平均火蔓延速度和表面流速度就越快，且汽/柴油混合燃料的火蔓延速度和表面流速度均大于柴油的火蔓延速度和表面流速度。表面流前锋液相涡旋的温度随着燃料初始温度的增大而单调递增。此外，随着初始温度的增大，柴油燃料的闪燃火焰脉动幅值单调递增，而汽/柴油混合燃料则表现为先减小后增大的变化规律。然而，闪燃火焰的传播速度和脉动的频率几乎不随燃料初始温度而发生变化，分别稳定在0.9m/s和2.75Hz左右。
　　研究了油层厚度和侧壁高度对柴油和乙醇柴油火蔓延特性的影响。研究结果表明，当没有侧壁作用时，随着油层厚度的增大，柴油的火蔓延速度呈现出先增大后稳定不变的变化规律。而当有侧壁作用时，随着无量纲侧壁高度的增大，柴油的火蔓延速度表现出先减小后增大至稳定的规律。无量纲侧壁高度小于0.5时，火蔓延为卷吸控制，反之则为辐射控制。乙醇柴油由于具有较高的热效率和含氧量，其火蔓延速度随无量纲侧壁高度的增大而逐渐减小并趋于稳定。火蔓延过程中，表面流速度随油层厚度的增加而逐渐增大，但几乎不受侧壁高度影响。此外，随着侧壁高度的增大，闪燃火焰的脉动频率逐渐减小，但是几乎不受油层厚度的影响。
　　实验研究了侧壁高度对柴油单侧贴壁火蔓延相关特性的影响作用。结果表明，在火焰贴壁蔓延的过程中，存在两个不同的燃烧区段:在靠近火焰前锋的部位，火焰向外侧倾斜，称为火焰前锋作用区域;在后半段的火焰紧贴侧壁燃烧，称为贴壁火作用区域。在火焰前锋作用区段，贴壁处的油温小于中心处和外侧的油温;而在贴壁火区段，贴壁火效应造成贴壁处的传热增强，使得贴壁处的油温超过中心处的油温，并逐渐接近外侧的油温。竖向油温表现为，贴壁位置的油温沿竖直高度向下递减，温度的增长速率也逐渐减小;而对于外侧的温度，则出现了明显的温度分层现象。此外，随着侧壁高度增大，表面流速度和火蔓延速度均表现出了先增大后减小的变化规律，且均在无量纲侧壁高度为1时达到峰值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 燃料概述

1．2．1 柴油燃料概述

1．2．2 柴油混合燃料概述

1．3 液体火蔓延研究概况

1．3．1 初始温度的影响

1．3．2 燃料厚度的影响

1．3．3 侧壁的影响

1．4 本文的研究内容与方法

1．5 本文的章节安排

第2章 实验装置

2．1 引言

2．2 实验器材

2．3 实验燃料

2．4 本章小结

第3章 燃料初始温度对火蔓延特性的影响研究

3．1 引言

3．2 实验系统及工况设计

3．3 初始温度对火蔓延速度的影响

3．3．1 火蔓延基本现象

3．3．2 火蔓延速度

3．4 表面流及预热区特性

3．4．1 表面流速度

3．4．2 预热区温升特性

3．5 闪燃火焰脉动特性

3．6 本章小结

第4章 油层厚度和侧壁高度对火蔓延特性的影响研究

4．2 实验工况

4．3 火蔓延形态的差异

4．4 火蔓延速度

4．4．1 油厚对火蔓延速度的影响

4．4．2 侧壁对火蔓延速度的影响

4．5 油厚对表面流速度的影响

4．6 火焰脉动频率

4．7 本章小结

第5章 柴油燃料贴壁火蔓延特性研究

5．1 引言

5．2 实验工况

5．3 侧壁对火蔓延温升特性的影响

5．3．1 横向温度分布

5．3．2 竖向温度分布

5．4 侧壁对火蔓延速度的影响

5．5 表面流特性分析

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文结论

6．2 本文创新点

6．3 研究展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与获得的奖励