不同边沿高度条件下正庚烷油池火燃烧特性研究

摘要

化石燃料推动了社会文明的发展,作为最重要的化石燃料,石油与现代社会的生产生活都息息相关。然而,石油及其衍生的液体燃料具有易燃易爆等火灾隐患,石油储罐储量大、排列密集的特点更增加了发生火灾的风险性。为了给储罐增容,储罐通常具有较高的侧壁,在未完全灌装时具有较大的边沿高度,会对火灾的燃烧特性产生影响。因此,研究油池的边沿高度对燃烧行为的影响可为石油储罐火灾的防治建立理论基础。
　　本文主要采用实验和FDS数值模拟相结合的方法,探讨了边沿高度对油池火燃烧特性的影响。研究对象主要包括不同边沿高度正庚烷(C7H16)油池火的燃烧速率、火焰形态和辐射特性。为了避免外界环境风的干扰,选择大空间火灾实验厅作为实验场所。实验采用5cm、10cm、15cm和20cm直径的油池,边沿高度分别设置为0.25、0.5、1、1.5和2倍油池直径,实验中使用液面平衡装置将燃料层厚度维持在3cm,使用电子天平记录质量损失。使用CCD摄像机记录火焰发展过程,并进一步处理生成火焰概率分布图,选取概率值为0.5的图像边界确定火焰高度。实验结果表明,所有尺寸的燃烧速率均随边沿高度呈现先下降后上升再下降的变化趋势,并分别分析了各个阶段的热反馈机制。火焰高度方面,除5cm直径的油池外,其他尺寸油池火焰高度趋势保持一致,均随边沿高度呈指数下降。5cm直径的油池随着边沿高度的增加先上升后下降。油池火辐射热通量和辐射分数均随着边沿高度的不断增加呈现出先上升后下降的趋势,其转折点在h*=0.5处。
　　数值模拟将实验中测定的燃烧速率作为火源的设置参数,采用与实验相同的油池尺寸。油池上方设置有3D×3D×4D的开放空间,满足火焰的空气卷吸。模拟部分主要研究了火焰高度(实际火焰高度、火焰下探高度)对边沿高度的演化规律和油池内部空间的热力学性质。当D=5-10cm时,实际火焰高度随随边沿高度呈现了先下降后上升再下降的趋势,火焰下探高度则表现为线性增长规律;当D=15-20cm时实际火焰高度呈现了先下降后上升的趋势,火焰下探高度则先上升后下降;二者比值与边沿高度之间的关系可采用线性表达式进行良好表征。模拟部分也通过油池内部的温度、速度和燃料浓度分布研究了液面上方蒸汽区的热力学性质。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 油池火的研究现状

1．2．2 油池火边沿高度的研究现状

1．2．3 研究现状小结

1．3 研究目标及内容

1．4 章节结构安排

第二章 实验与测量装置

2．1 引言

2．2 实验环境介绍

2．3 测量装置及参数

2．3．1 液面平衡系统

2．3．2 视频采集系统

2．3．3 火焰高度提取系统

2．3．4 失重采集系统

2．3．5 辐射采集系统

2．4 本章小结

第三章 边沿高度的实验研究

3．1 引言

3．2 实验设计

3．3 实验现象

3．3．1 火焰下探现象

3．3．2 高温蒸汽区

3．4 燃烧速率

3．5 表观火焰高度

3．6 辐射特性

3．7 本章小结

第四章 边沿高度的数值模拟

4．1 引言

4．2 模型建立

4．2．1 模型工况设置

4．2．2 FDS参数设定

4．3 实际火焰高度

4．3．1 火焰高度验证

4．3．2 实际火焰高度数据分析

4．3．3 火焰下探高度

4．3．4 火焰高度间的关系

4．4 油池内部情况

4．4．1 温度分布

4．4．2 速度分析

4．4．3 燃料浓度分布

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要工作及结论

5．2 本文创新点

5．3 科研展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果