不同来流下火旋风的实验研究

已有的实验研究和数值模拟表明:火旋风存在一种中空燃烧的状态.本文通过燃烧风洞,对不同来流影响下的火旋风进行分析研究.通过一个置于大型燃烧风洞中的边角开有切向进风口的六边形小尺寸火旋风发生模型,应用热电偶测温和皮托管测速以及电子数据采集系统,对该模型内的温度分布数据和速度分布数据进行采集.通过燃烧风洞改变来流速度的大小,分析不同来流速度下火旋风内部的温度分布、速度分布和持续时间,研究来流速度对火旋风内部燃烧结构的影响、火旋风旋转速度的影响以及持续时间的影响.研究表明:来流改变了火旋风内部的燃烧结构,促进了中空燃烧状态的形成.中空燃烧状态有一个中心的低温区域.在中心低温区域温度最低时,火旋风持续时间最长.来流增强了火旋风的整体转动,并且加剧了火旋风的螺旋状上升.     

火旋风的三维数值模拟

本文主要通过数值计算的方法来研究火旋风这一火灾过程中特殊的物理现象,通过对已经过验证的火旋风发生物理模型的分析,经过简化和改进,并应用有限体积元法对所得到的一组控制方程进行求解,研究了火旋风内部的温度场分布,以及不同的进气速度对火旋风内部温度场的影响,进而对火旋风的产生过程进行了分析.     

多火源火旋风相互作用的实验研究

为研究多火源条件下火旋风的相互作用,利用四面边墙夹缝式实验装置对3种不同直径油盘形成的火旋风进行实验研究。由电子天平记录的燃料质量随时间变化曲线,得到准稳态阶段火旋风的质量燃烧速率;利用摄像机记录的火焰连续图像,获得火焰高度;基于实验现象及实验数据对质量燃烧速率、火焰高度和火焰形态的分析,提出多火源火旋风质量燃烧速率和火焰高度的半经验线性关系式。研究表明:大直径油盘形成的火旋风比小直径油盘更容易受到拖拽力和涡量的作用影响。     

火旋风模拟实验中热电偶测温辐射误差修正方法研究

辐射传热误差是浮力火羽流和火旋风热电偶温度测量中需要重点考虑的误差来源.该文利用火旋风模拟实验台开展火旋风温度测量实验并进行辐射误差分析,通过在同一测点布设多根不同直径热电偶,基于不同热电偶测温误差的对比,分析了几种多测量端温度误差修正方法,并通过两种粗细热电偶组合来检验不同修正方法的可靠性.     

火旋风环境中飞火颗粒的上升行为研究

将火旋风流场分为火焰区和羽流区,采用数值模拟方法建立了球形飞火颗粒在火旋风火焰区和羽流区的上升轨迹模型.模型结合颗粒动力学方程和燃烧模型,模拟了飞火颗粒在火旋风环境中的上升行为,提出了飞火颗粒在火旋风流场中上升的临界条件,建立了飞火颗粒在竖直方向上升轨迹的计算方法.结果表明,在火旋风中能够上升的飞火颗粒的直径和密度之积应小于临界值,燃烧对于颗粒的上升行为有很大影响.相对于不燃烧颗粒,燃烧颗粒上升更高,速度更快.     

火旋风的模拟实验研究

模拟火旋风的实验研究，应用热成像方法获得了火旋风温度场的结构，测量得到火旋风火焰特有的大高度直径比的物理现象；火焰高度比相同燃料，油液面积的油池火高度高，趱戏比油池火直径小。火旋风的切向速度比油池火大，卷吸效果好，可用这一特点来研究熄灭火旋风的火灾。对火旋风火灾机理的研究提出了一种有效的实验方法。     

装置进气口宽度对不同尺寸油盘火旋风燃烧特性影响的研究

为探究进气口宽度对火旋风燃烧特性的影响,利用自然驱动的四面边墙夹缝式装置对不同进气口宽度使用１５０,２００,２５０ mm 3种直径进行实验研究。由燃料质量随时间变化曲线得出准稳态阶段火旋风的质量燃烧速率;利用摄像机记录火焰的连续图像并获得火焰高度。结果表明:针对实验室小型火旋风（150~250 mm）,在进气口宽度为35 mm左右时,火旋风的燃烧速率最大,即火旋风的燃烧强度存在1个最佳的进气口宽度;当火焰高度达到最高时,环量也存在1个临界值。     

CO2和ABC干粉灭火剂扑灭火旋风火焰实验对比分析

为了分析2种灭火剂扑灭火旋风效果,采用实验室自制装置生成稳定的火旋风火焰,喷射CO₂或ABC干粉灭火剂,获取火焰温度场及光电信号数据。研究结果表明:在CO₂灭火剂或ABC干粉灭火剂作用下火旋风火焰温度场呈“下凹”型指数衰减;受灭火剂喷射位置影响,火焰根部、中部及顶端不同区域的灭火剂影响系数不同;基于火焰降温速率和光信号变化,相较于CO₂灭火剂,对火焰起抑制作用的ABC干粉灭火剂降温效率更高、扑灭效果更好。     

基于不同风速下火旋风的数值计算及特性分析

基于大涡模拟(LES)技术,对不同风速下的火旋风进行数值模拟。运用最小二乘拟合方法研究不同风速下火旋风的中心漂移角速度的变化,其结果表明:随着风速的增加,中心漂移角速度的变化规律遵循某3次方多项式变化趋势,发现存在某一临界风速(3.18m/s)对火旋风中心漂移角速度的变化速率有较大影响。同时,对热量释放率及火焰温度场进行分析,认为随风速的增加,热量释放率逐渐增加且波动逐渐减小,火焰温度场分布梯度逐渐增加,高温区分布呈现连续纺锤面分布形式。     

油盘直径和高度对火旋风特征影响的试验研究

为考察油盘直径和高度对航空煤油火旋风特征的影响,利用四面边墙夹缝式火旋风试验装置,对地面到0.8 m高度,直径0.1,0.15和0.2 m池火形成的火旋风进行试验研究。首先利用Rankine涡理论,分析质量燃烧速率和速度环量的定量关系,探讨火旋风的气动平衡机制;再由电子天平记录的燃料质量随时间变化曲线,得到准稳定阶段火旋风质量燃烧速率;利用摄像机记录的火焰连续图像,获得火焰时平均高度。理论分析表明,就给定半径的油盘而言,在假定涡核半径与油盘半径之比不变的情况下,质量燃烧速率与速度环量成线性关系。分析试验数据发现,无量纲质量燃烧速率及无量纲火焰高度随无量纲油盘高度的增加均呈现负指数递减趋势,并逐渐趋于相近的常值。     

旋转磁场引发的旋转火焰稳定性分析

通过对火焰受到旋转磁场作用下微分方程的分析，确定在磁雷诺数Rm＜1的情况下，由于磁场的旋转而产生的旋转火焰的稳定性条件，使人们更进一步地了解在磁场作用下旋转火焰燃烧的规律性。这样，就可以根据旋转磁场中旋转火焰的燃烧规律而了解实际火灾中火旋风的燃烧特性。从而在实际的火灾发生过程中有意识地对产生小的旋转火焰的某些特性加以控制，以避免火旋风的发生。这在实际火灾发生时，对于减少火灾带来的损失具有重要的意义。     

磁场中旋转火焰稳定性分析

通过对旋转火焰受到磁场作用情况下微分方程的分析 ,确定旋转火焰在磁场中的稳定性条件 ,使人们更进一步地了解旋转火焰发展的规律性 ,从而在实际的火灾发生过程中有意识地对小的旋转火焰的某些特性加以控制 ,以避免火灾过程中火旋风的发生。这在实际火灾发生时 ,对于减少火灾带来的损失具有特别重要的意义 ;同时 ,这也会为人们研究地球磁场对实际火灾中形成火旋风的影响程度提供一定程度的参考作用     

燃油流量对防火试验火焰特征的影响

为了研究燃油流量对防火试验火焰特征的影响,为防火试验方案的设计提供参考和指导,采用Ansys Fluent软件对NexGen燃烧器进行三维定常数值模拟,分析了不同燃油流量条件下的火焰特征。结果表明:燃油流量对火焰最高温度和火焰形状几乎没有影响,但对火焰长度、监测面上温度分布、7个测量点的平均温度和热流密度有很大影响,通过分析各燃油流量条件下的火焰特征,发现当空气流量为35.8 g/s时,燃油流量在2.0~2.11 g/s——即余气系数为1.15~1.22时,能够用于防火试验。     

受限空间火灾轰燃过程的模拟实验研究

研制一种重现火灾轰燃的化学燃料和氧化剂的混合燃料，通过调整燃料的配方，可实现模拟控制火灾轰燃的温度和烟气产生量；实验研究了火灾轰燃过程烟气参数的变化规律，说明建筑火灾烟气运动的场-区-网模拟模型是合理的，分析了火灾过程中烟气的产生、运动、回流、下沉现象物理机制，指出在受限空间火灾救灾过程中应注意的问题。     

局部蒸汽系统抑制熄灭油池火的实验研究

选取乙醇为燃料试样,进行不同条件下蒸汽灭火的全尺寸实验,研究了局部蒸汽系统抑制熄灭油池火的有效性及其影响因素,并探讨其灭火机理.实验结果表明:喷口直径是影响蒸汽灭火的关键因素,中等直径的喷口具有较好的灭火效率;喷口方位和燃料浓度也会影响灭火有效性;局部蒸汽系统的有效保护面积大于直接覆盖面积,对可燃气和氧气的稀释置换作用...     

旋转火焰动力学特性的研究

在森林火灾中，出现旋转火焰的可能性很大。在大气环境中，由于局部温度的不均匀，从而导致气体的密度不均匀，这种气体密度的不均匀分布必然会在火焰内部和其周围环境之间产生一个压力差，引起气体的流动，同时由于火焰内部的斜压性，在受到地球Coriolis力的影响时，使火焰产生旋转，形成旋转火焰；同时，Coriolis力也会影响到旋转火焰的方向性。