小尺度油罐火燃烧特性与火焰图像特征参量变化规律

摘要

随着经济的飞速发展，国家对各种油品的需求日益增加，各个国家都加快石油的储备，我国各个地区成品油库数量也迅速上升。增加石油储备的同时如何保障储油罐区的安全问题亟需解决和研究。石油本身有易燃、易爆等特性，因此储油罐区一旦发生火灾将难以扑灭，不仅会造成重大国家经济损失，还会对人员生命安全、环境安全造成严重威胁。由于储油罐区一般在室外建造，实际发生火灾时，自然环境风速将会对火灾产生影响，火焰发生倾斜，相邻油罐辐射、热蒸汽的流动都将有所变化，火焰与周围环境的卷吸强度加强，加速火灾的蔓延。目前对油罐火的研究主要集中在无风条件下，因此急需对有风条件下油罐火燃烧特性进行研究，为实际油罐火灾的扑救、防治提供理论依据。
　　根据实际储油罐区火灾事故调研发现，伴随着火灾的进行，油罐罐顶会发生破裂，其中顶部被完全掀开的约占实际油罐火灾总案例的40％，还存在顶部被部分掀开等情况，因此本文对有风条件下不同开口模式的油罐火灾燃烧特性进行实验研究，通过小尺寸实验模拟实际油罐发生火灾的不同工况，研究油罐火的燃烧特性及图像参数，实验设定各种工况下如:两种液位、不同开口因子下、不同的风速对燃烧参量如燃烧速率、辐射分数、火焰温度、以及图像参量（火焰倾角、火焰长度、火焰高度）的影响规律进行了研究及分析。
　　实验设定油罐高10 cm，直径为15 cm。为了更好模拟实际油罐发生火灾时顶部不同掀开情况，本文设计了5种罐顶开口因子，分别为1、3/4开口因子、1/2开口因子、1/4开口因子和1/8开口因子（开口因子指开口面积与全开口面积之比）。并且为了模拟不同储油条件下油罐火燃烧特性，实验设计两种液位(6 cm和8 cm)。而围绕外界风对油罐火燃烧参数及图像特征的影响研究，本文设定多种风速情况(0 m/s、0.5 m/s、1.0 m/s、1.5 m/s、2.0 m/s、2.5 m/s)，实验在中国科学技术大学火灾国家重点实验室风洞平台进行，采用电子天平实时采集燃料质量变化数据，温度数据使用铠装热电偶采集，利用辐射热流计测得火焰上风处和下风处辐射通量，火焰图像数据使用DV摄像机进行采集，并进行处理分析。
　　不同开口大小影响油罐火的发展过程，为了定性研究开口因子对油罐火燃烧特性的影响，建立无量纲参数开口因子，对实验数据进行处理分析，建立开口因子和油罐火燃烧速率之间的关系式，及开口因子与无量纲火焰高度及火焰长度之间的拟合关系，得到开口因子对油罐火燃烧特性和图像参数的影响规律。对两种液位下油罐火燃烧特性和图像参数进行对比分析，得到液位与燃烧过程中各种参数之间的变化规律。有风条件下火焰发生倾斜，火焰与液面之间的热量交换、与周围环境之间的卷吸及火焰图像都发生变化，对采集到的实验数据进行处理分析，得到风速与火焰倾角、无量纲火焰高度之间的拟合关系，发现风速对火焰的燃烧特性及图像特征参数的影响规律。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 引言

1．1．2 油罐火燃烧特点

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外油罐火研究现状

1．2．2 国内油罐火研究现状

1．3 研究目标与内容

1．3．1 研究目标

1．3．1 研究内容

第2章 有风条件下油罐火燃烧理论

2．1 不同开口因子对油罐火燃烧参数的影响

2．2 风速对油罐火燃烧与图像特征的影响

2．2．1 风速对油罐火燃烧速率的影响

2．2．2 风速对油罐火火焰形状的影响

2．2．3 风速对油罐火火焰脉动频率影响研究

第3章 实验设计

3．1 风洞系统

3．2 燃烧速率测量

3．3 火焰温度测量

3．4 火焰热辐射通量采集系统

3．5 火焰图像测量系统

3．6 风速测量系统

3．7 本章小结

第4章 油罐火燃烧参数分析

4．1 油罐火燃烧速率分析

4．2 火焰温度参数分析

4．3 火焰辐射参数分析

4．4 本章小结

第5章 油罐火火焰图像特征研究

5．1 有风条件下火焰高度分析

5．2 有风条件下火焰倾角分析

5．3 有风条件下火焰长度分析

5．4 有风条件下火焰脉动频率分析

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文总结

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取得的其他研究成果