倾斜条件下矩形开口气体射流火火焰特性研究

摘要

随着天然气产业在我国的发展，作为基础设施的天然气管网系统的建设也日益加快。但是由于我国天然气资源与市场之间跨度大、管道沿线地理环境恶劣等因素的影响，在利用管道进行天然气输运的过程中，天然气泄漏事故时有发生。由此造成的火灾及爆炸事故给社会的安定和人民的人身和财产安全造成了极大的威胁。
　　由于天然气管道属于压力管道，在运输过程中一旦泄漏的天然气遇电火花或者明火，就会形成气体射流火。有关气体射流火的研究开展的较早，特别是在火焰温度、火焰高度、火焰辐射等方面，前人已经取得了一定的进展，相关的理论也较为成熟。但是这些研究关注的主要是竖直或水平方向的轴对称火源，对倾斜条件下以及不同开口特征的气体射流火的研究少有开展。然而在现实生活中，天然气泄露时气体喷出的角度以及泄漏口的形状是多种多样的。不同的喷射角度和开口特征，会导致气体射流火的火焰特征发生改变。因此，研究不同倾斜角度下不同长宽比矩形喷口气体射流火的火焰特征，对火灾防治技术的研发和火灾动力学理论的完善具有重要的意义。
　　因此，本文利用一系列自制的矩形喷口，对倾斜条件下不同长宽比矩形火源的火焰特性进行了实验研究和分析。主要研究内容包括:
　　首先，利用长宽比从1∶1过渡到1∶16且截面积相等的矩形喷口研究了倾斜条件下不同开口特征矩形火源火焰长度的特性。证明了Quintiere和Grove所提出的描述矩形火羽流火焰长度的关系式在倾斜条件下的适用性，并通过数值拟合得到了每一个实验工况下较为精确的与卷吸系数相关的参数C1的值，研究了在两种不同放置方式下C1的分布特点。建立了可以直接求解任意倾斜角度下不同长宽比矩形火源火焰长度的显式模型。利用获得的实验数据对前人提出的显示数学预测模型在倾斜条件下的适用性进行了验证。
　　其次，研究了不同长宽比条件下的矩形火源在不同火焰倾角下其中心轴线的温度分布情况。发现火焰中心轴线温度随热电偶在中心轴线上的相对位置呈现出三段式分布，并研究了矩形火源火焰轴向温度平稳阶段相对位置区间随长宽比和火焰倾角的分布规律。通过用虚点源对矩形火焰竖向高度进行了修正，发现不同长宽比下无量纲虚点源与火焰佛罗德数Frf呈现较好的函数关系;并将虚点源引入经典羽流模型，得到了无量纲温度与无量纲高度之间的关系。发现矩形火源中心轴线无量纲温度仍呈现三段分布的规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 火焰高度

1．2．2 火焰温度

1．3 研究内容

1．4 研究方法

1．5 研究思路与章节安排

参考文献

第二章 实验装置和测量系统设计

2．1 引言

2．2 实验装置介绍

2．2．1 燃烧器设计

2．2．2 实验燃料

2．2．3 实验气体流量控制

2．3 实验测量系统介绍

2．3．1 实验图像记录

2．3．2 辐射热通量采集

2．3．3 温度测量采集系统

2．3．4 数据采集装置

2．3．5 火焰长度获取方法介绍

2．3．6 火源功率的测量

参考文献

第三章 倾斜条件下不同长宽比矩形火源火焰长度研究

3．1 引言

3．2 实验设计

3．3 基于Quintiere和Grove隐式模型的矩形火源火焰长度研究

3．4 倾斜角度下矩形射流火火焰长度显示预测模型

3．5 显式模型验证

3．6 本章小结

本章符号

参考文献

第四章 矩形喷口射流火火焰轴向温度研究

4．1 引言

4．2 实验布置和测量

4．3 火焰中心轴向温度峰值研究

4．4 倾斜条件下火焰轴向温度随相对位置的分布

4．5 竖向矩形火源中虚点源的分析与讨论

4．6 本章小结

本章符号

参考文献

第五章 结论及展望

5．1 文本结论

5．2 本文创新点

5．3 研究展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果