细水雾与火羽流相互作用相关问题的模拟研究

摘要

寻找合适的卤代烷替代物已经成为国际火灾科学研究的当务之急，细水雾以其高效、稳定、成本低、易于得到及对环境友好等特点，成为当前国际火灾科学前沿研究的热点之一。开展细水雾与火羽流相互作用过程的模拟研究能够深化认识细水雾灭火机理，为细水雾系统的设计提供参考指导。 首先，本文利用模拟实验的方法，对细水雾强化火焰燃烧的过程进行了研究。细水雾的施加会强化煤油、酥油火焰燃烧。部分雾滴穿透羽流区撞击高温燃料表面导致燃料内部与表面不稳定，从而加速燃料飞溅与蒸发，这是造成燃烧加强的主要原因之一。 接着，为深化认识细水雾强化火焰燃烧的机理，利用高速摄像技术对液滴与热燃料表面相互作用的动力学过程进行了研究。结果表明，当燃料温度低于水的临界爆炸温度时，液滴进入酒精燃料之后，与周围的酒精融合并扩散到燃料内部，同时酒精表面有混合物锥体产生并破碎为几个小液滴；进入煤油燃料时，水滴穿透漩涡进入燃料内部，煤油表面有油柱产生并破碎为细小的油滴，这些油滴在油面会发生多次反弹；水滴直接穿透漩涡沉入酥油内部，酥油表面无油柱产生。We数越大油柱破碎后液滴反弹的高度就越高。当燃料温度高于水的临界爆炸温度时，液滴撞击燃料后使得燃料内部与表面都不稳定，燃料发生飞溅。随着温度的升高发生蒸汽爆炸的时间越来越短，蒸汽爆炸会加速燃料飞溅与蒸发。实验过程中我们测量到的水的临界爆炸温度约为220℃。 最后，介绍了一种基于FLUNET软件的数值模拟方法来研究细水雾与火羽流相互作用的过程。数值模拟的结果显示细水雾施加后，水雾与火羽流之间会形成相互作用的界面，该界面在细水雾的推动下向下移动，火羽流亦向下及四周运动。随着该界面的向下推移，羽流将被抑制到火焰根部，此后火焰很快被熄灭。细水雾粒径越小灭火时间越短。在细水雾粒径不变的情况下，喷头的质量流量越大，灭火时间越短，当质量流量大于某一值时，灭火时间的变化程度不大，存在一个较佳的质量流量。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、符号表

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1细水雾与火羽流相互作用过程及机理实验研究

1.2.2细水雾特性参数与火焰相互作用过程数值模拟研究

1.3研究目标

1.4研究内容及技术路线

参考文献

第二章细水雾强化火焰燃烧的模拟实验

2.1引言

2.2实验方法

2.2.1实验系统设计

2.2.2燃烧装置

2.2.3细水雾特性参数及细水雾系统

2.2.4测量方法与装置

2.3实验结果与讨论

2.3.1细水雾强化煤油火焰燃烧的模拟实验

2.3.2细水雾强化酥油火焰燃烧的模拟实验

2.4细水雾强化火焰燃烧过程分析

2.5本章小结

参考文献

第三章单液滴与燃料表面相互作用的模拟实验研究

3.1引言

3.2实验装置与实验方法

3.2.1实验描述

3.3测量方法与装置

3.3.1高速摄影系统

3.3.2实验工况及主要参数

3.4典型实验结果及讨论

3.3.1单液滴与30℃酒精表面相互作用过程

3.3.2单液滴与30℃煤油表面相互作用动力学过程

3.3.3单液滴与35℃酥油表面相互作用动力学过程

3.3.4液滴与0～100℃油面温度范围内油面作用形态比较

3.3.5单液滴与60℃酒精表面相互作用动力学过程

3.3.6单液滴与100℃煤油表面相互作用动力学过程

3.3.7单液滴与100℃、220℃、300℃酥油表面相互作用动力学过程

3.5本章小结

参考文献

第四章细水雾与火羽流相互作用过程的数值模拟

4.1引言

4.2细水雾与火羽流相互作用过程的数学模型

4.2.1气相模型（火羽流模型）

4.2.2湍流模型

4.2.3燃烧模型

4.2.4细水雾模型

4.3细水雾抑制甲烷扩散火焰的数值模拟

4.3.1结果与讨论

4.4细水雾扑灭甲烷扩散火羽流过程的数值模拟

4.4.1数值解法与工况条件

4.4.2典型结果与讨论

4.5细水雾扑灭酒精扩散羽流过程的数值模拟

4.5.1数值解法与工况条件

4.5.2典型结果及讨论

4.6本章小结

参考文献

第五章结论及下一步工作展望

5.1本文的主要工作及结论

5.2本文的创新之处

5.3下一步工作展望

在读硕士学位期间发表的学术论文

致谢