初始线性火源的秸秆火焰蔓延及燃烧特性实验

秸秆是引起山火的常见典型可燃物之一。为了有效预防由秸秆火灾引起的大规模山火,有必要对秸秆燃烧过程进行深入研究。文章开展了直径为1 m、宽度从10 cm到60 cm的初始线性火源的秸秆燃烧实验。对比分析了不同工况下的火焰蔓延扩散过程,并对秸秆的质量损失速率、火焰温度等燃烧特性进行了分析。结果表明：秸秆燃烧过程呈现匀速蔓延的特点,蔓延速率与秸秆宽度成正相关关系;火焰前锋在宽度较窄时呈现凹形形状,在宽度较宽时呈现凸形形状。建立了秸秆的质量损失速率与火焰前锋横纵比的定量模型;火焰温度呈现“快速升高-缓慢降低”的趋势,秸秆表面温度超过500 ℃。研究结论有助于评估由秸秆燃烧造成的火灾危险程度。     

不同侧壁高度油池火实验分析与模型建立

近年来中国兴建了很多浮顶油品储罐。当浮顶储罐内部液位较低时，罐体内部易积聚蒸气，火灾风险增大。一旦发生火灾易形成侧壁约束下的油池火，给油品储运安全造成严重威胁。该文采用石英玻璃材质的油盘，开展了不同侧壁高度(油盘侧壁上边缘到油品表面的垂直距离，h=3～50 cm)的正庚烷油池火实验，研究了侧壁高度对灾变过程和关键火灾参数(燃烧速率、火焰高度)的影响。实验结果表明：侧壁高度对整个燃烧过程影响明显，尤其是对初始阶段和稳定阶段。对于初始阶段，低侧壁油池火燃烧速率快速增加，但高侧壁油池火燃烧速率呈现先快速增加随后逐渐减小的趋势，这主要是由于火焰根部不断抬升进而远离油品表面造成的。对于稳定阶段，随侧壁高度的增加，燃烧速率呈现先减小后增大随后再减小的趋势。其中的先减小后增大趋势是由于火焰根部逐渐从油盘外进入油盘内造成的，而随后的再减小趋势主要是由于火焰根部不断抬升造成的。基于高侧壁稳定阶段的火焰形态，可将火焰划分为外部火焰和内部火焰。随侧壁高度的增加，外部火焰高度逐渐降低，内部火焰高度逐渐增加。基于量纲归一化分析，考虑侧壁高度和空气卷吸因素，引入油盘特征直径，建立了不同侧壁高度下的无量纲内部火焰高...     

不同初始质量小尺度松木燃烧特性实验研究

近年来,世界范围内森林火灾事故频发,造成了极大的人员伤亡和财产损失。目前对于木材堆垛燃烧特征的理论及模型研究较为缺乏。本文以典型松木材料为对象,开展了不同初始质量的小尺度松木燃烧特性实验,研究了松木的质量损失速率、火焰温度等燃烧特征。结果表明：松木的剩余质量和质量损失速率都呈现“缓慢下降—迅速降低—逐渐平缓”的趋势;在松木燃烧初期,相同时间内松木质量和损失速率呈反比;在松木燃烧中后期,松木质量和质量损失速率呈正比关系;松木燃烧初期的热释放速率增长趋势为t2^火的定量数学模型;同一工况下热电偶到火源距离与热电偶的温度峰值和波动程度呈反比,且温度峰值的出现时间和波动程度大致相同。     

不同风速对聚氨酯保温板材水平顺风火蔓延特性的影响

利用聚氨酯保温板材燃烧实验平台和模拟环境风可调节风速的装置进行实验,研究了在6种不同风速环境影响下,聚氨酯保温板材(PU)水平顺风火蔓延的特性,获得了火焰前锋形态、火蔓延速率、质量损失速率以及燃烧率等重要特征参数。结果表明:随着风速的不断增大,火蔓延速率和质量损失速率也随之增大,而板材的燃烧率却呈现出先增大后减小的变化趋势。     

简单立方堆积床内火焰特性的试验研究

多孔介质燃烧具有效率高和稳定性好等特点，提出一种简单立方堆积结构.该结构由氧化铝颗粒堆积床和双层碳化硅泡沫陶瓷组成，用以对其中的过滤燃烧特性开展试验研究.通过改变预混气体当量比和入口速度，研究在不同工况下的火焰可燃界限、火焰传播规律、CO排放规律和燃烧效率.研究发现：火焰的驻定和传播取决于区域温度、当量比和流速；在颗粒直径为40 mm的堆积床中，火焰易于传播且燃烧效率较高，而颗粒直径为20 mm的堆积床更有利于稳定火焰.     

多火源气体射流火动力学特性研究

文章采用试验与理论相结合的方法,研究了不同喷嘴直径、多火源喷嘴距离及热释放速率下的火焰高度和温度的演化规律;通过无量纲分析,在单火源火焰高度公式的基础上发展了多火源气体射流火的无量纲火焰高度和无量纲热释放速率之间的关系式;通过分析建立了空气卷吸系数、火焰高度和热释放速率之间的关系模型。研究结果表明:在喷嘴距离较小的情况下,火焰发生耦合,火焰高度明显增大;随着喷嘴距离增大,火焰的耦合行为逐渐减弱直至消失;在火焰底部,火焰温度较低,随着高度上升,火焰温度增大,当达到羽流区时,火焰温度随着高度增加而减小。     

航空煤油火焰蔓延脉动过程数值模拟研究

建立了航空煤油火焰脉动模型,并进行了数值模拟.根据航空煤油的活化能计算平均反应速率,参照火焰温度的实验测量结果,确定以最大燃烧化学反应速率0.077kg·m-3·s-1为航空煤油着火判据.通过对燃料蒸气浓度分布、速度矢量分布、反应速率分布和温度分布数值模拟结果的分析,将航空煤油火焰蔓延脉动过程划分为发展阶段和衰退阶段,并证明主火焰的着火方式主要包括扩散燃烧和预混燃烧,闪燃火焰为预混燃烧.建立了航空煤油火蔓延脉动频率预测模型.证明燃料初温低于闪点时,火焰脉动频率随T00.58正比增长;当燃料初温高于闪点时,脉动频率随T0正比增长.     

正丁醇预混层流燃烧试验

基于定容燃烧弹,利用高速纹影摄影和球形火焰扩展法,分析了不同燃空当量比(0.7~1.6)、初始温度(400,430,460 K)、初始压力(0.1,0.2,0.3 MPa)对正丁醇-空气预混层流燃烧的影响.研究了正丁醇-空气层流燃烧速度、火焰传播速度和拉伸率等关键层流燃烧特性参数的变化规律.结果表明:随着燃空当量比的增加,火焰前峰面稳定性变差,火焰传播速度和无拉伸火焰层流燃烧速度均呈现先增加后减小的趋势;随着初始温度的增加,火焰传播速度和无拉伸层流燃烧速度均增加,火焰前峰面稳定性下降;随着初始压力的增加,无拉伸层流燃烧速度和火焰传播速度均减小,火焰前峰面稳定性变差;火焰前峰面拉伸率随拉伸火焰传播速度的增加而逐渐减小.     

随机堆积床内甲烷/空气预混燃烧过程的数值模拟

通过离散元软件LIGGGHTS重现球体的重力堆积过程,建立三维随机堆积床几何模型.利用大涡方法结合双温度模型以及EBU-Arrhenius燃烧模型,模拟了甲烷/空气预混气体在堆积床内预混合燃烧过程.通过将模拟结果与实验数据对比验证了模型的有效性,在此基础上对随机堆积床内部的火焰分布结构、火焰面形状及温度分布规律等进行了分析.模拟结果表明:在燃烧后期,堆积床内的小球温度要高于同一高度上气体的温度,这体现了多孔介质良好的蓄热能力;壁面与轴线间的火焰面高度差远远小于无多孔介质的管内燃烧情况,表明随机堆积床可以通过分割火焰来提高燃烧的均匀性和稳定性.     

高辛烷值燃料-空气预混层流燃烧特性研究

在定容燃烧弹中采用高速纹影摄像方法研究了不同当量比(φ=0.8～1.4)和初始温度(373K,423 K,473 K)下高辛烷值燃料-空气预混合气的层流燃烧特性,分析了当量比和初始温度对燃烧的影响.结果表明:拉伸火焰传播速率、无拉伸火焰传播速率、拉伸层流燃烧速率和无拉伸层流燃烧速率随着初始温度的增加而增加,无拉伸层流燃烧速率在φ=1.0～1.1附近有最大值;马克斯坦长度随初始温度的增加而增加,随当量比的增加而减小;燃烧压力峰值与混合气质量的比值在φ=1.1时出现最大值,初始温度增加,该比值相应增加.     

小尺度沸溢油池火灾燃烧速率特性试验研究

使用胜利原油对小尺度沸溢火灾燃烧速率特性进行了试验研究。分别记录了直径为0.1、0.15、0.2 m的原油沸溢油池火灾的燃烧过程,测量了燃烧速率和温度随时间的变化。根据燃烧速率和火焰高度变化对沸溢火灾燃烧进行阶段划分。探讨了不同直径及初始油层厚度对沸溢火灾燃烧速率的影响,在燃烧速率基础上建立沸溢强度模型。结果表明:沸溢火灾燃烧可以分为预燃、准稳态燃烧、沸溢燃烧、火焰熄灭4个典型燃烧阶段;沸溢燃烧阶段的燃烧速率和火焰高度显著大于准稳态燃烧阶段;沸溢火灾各阶段燃烧速率均随油池直径的增大而增大,且沸溢燃烧阶段的增幅明显大于准稳态燃烧阶段的增幅;准稳态燃烧阶段的稳定燃烧速率与初始油层厚度无关,随油池直径的增大而增大;沸溢强度随初始油层厚度的增加及油池直径的减小而增大,并与初始油层厚度和油池直径间的比值成正比。     

碳酸二甲酯层流火焰特性的实验和数值研究

在定容燃烧弹上,利用高速纹影摄像系统对碳酸二甲酯(DMC)的预混层流燃烧特性进行了研究,获得了不同温度、压力和当量比下的层流燃烧速度、马克斯坦长度和胞状结构的临界半径,同时对火焰不稳定性进行了理论分析。研究表明:层流燃烧速度随当量比的增加先提高后下降,在当量比为1.1时达到峰值;层流燃烧速度随初始温度的升高而提高,随初始压力的增加而降低;马克斯坦长度、临界火焰半径随当量比和压力的增加而减小,表明火焰不稳定性随初始压力和当量比的增加而增强;临界贝克来数Pe随当量比的增加而减小。利用Chemkin软件对预混层流燃烧速度进行了数值模拟,结果显示,Glaude机理对DMC层流燃烧速度的模拟值与实验测量值有较大偏差,表明该机理不能很好地预测DMC的层流燃烧速度。     

高温高压条件下甲醇-空气-稀释气层流燃烧速度测定

利用高速纹影摄像法在定容燃烧弹内研究了不同初始压力、初始温度、气体稀释度和燃空当量比下甲醇一空气混合气预混层流燃烧速度和Markstein长度,分析了火焰拉伸对火焰传播速度的影响．基于火焰纹影照片,分析了火焰前锋面形态随混合气初始状态的变化规律．结果表明：甲醇-空气混合气层流燃烧速度随初始压力的增加而降低,随初始温度的增加而增加．氮气作为稀释气添加后,混合气的燃烧速度随稀释度增加而减小．Markstein长度值随初始压力增加而减小,随初始温度增加而减小,随气体稀释度增加而增大．随初始压力增加,火焰前锋面不稳定性增加,皱褶火焰前锋面出现的时刻提前．     

航空煤油池火焰高度特征研究

在燃烧风洞试验厅开展了无风和有风条件下的航空煤油池火燃烧实验,油池直径分别为0.15,0.20,0.30和0.60 m,风速范围在0～3.5 m/s.结果表明,不同直径油池均存在临界Ri-1值,小于此临界值时,无量纲平均火焰高度随ln Ri-1的增加而线性减小,大于此临界值,无量纲火焰高度基本保持不变;随油池直径增加,临界Ri-1值变大,稳定的无量纲平均火焰高度减少.理论推导了无风条件下火焰高度与油池直径、燃烧速率的函数关系,表明火焰高度Hf/D随Fc数的2/3次方变化,拟合给出了相关参数值,建立了无风条件下火焰高度的预测模型,并拟合建立了有风条件下池火焰高度的预测模型.     

初始压力对氢气燃烧影响的试验分析

构建了氢气燃烧试验回路,获得了氢气在不同初始压力下燃烧的温度、压力以及燃尽率等试验数据.通过计算不同位置热电偶温度曲线变化率极值与时间的关系,获取了氢气火焰传播速度,研究了不同初始压力对氢气燃烧火焰传播速度、最高燃烧温度、峰值压力以及氢气燃尽率的影响.结果表明:在氢气体积分数较低时,随着初始压力的升高,火焰传播速度随之升高,燃烧过程中的最高温度随初始压力的增加而逐渐减小;在氢气体积分数较高时,随着初始压力的升高,火焰传播速度略有降低,燃烧过程中的最高温度随初始压力的增加而增加,但是初始压力对燃烧过程中的最高温度的影响并不明显,峰值压力随初始压力的升高而升高,初始压力对氢气燃尽率没有影响.     

管道中锆粉云火焰传播的温度与速度特性

粉末状的锆金属不仅燃烧速度快,而且燃烧释放出的热量非常高,作为高能燃料被广泛应用在航天和军工领域.锆金属以粉尘云的形态燃烧时,大量微小悬浮锆颗粒燃烧会形成具有一定面积的火焰,采用实验方法研究锆粉云火焰在竖直管道中的温度和速度特性.研究结果表明,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度有相同变化趋势,都随锆粉云质量浓度增加先增大后减小.当锆粉云质量浓度为0.625 kg·m-3时,出现最高火焰温度,可达1777.81℃,在此条件下管道中最快火焰传播速度可达39.7 m·s-1.当质量浓度超过0.625 kg·m-3后,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度都会降低,主要是由于富燃料燃烧、管道中氧气不足而导致颗粒不能完全燃烧.实验得到了不同质量浓度锆粉云的最高火焰温度值与最快火焰传播速度.     

障碍物对火焰加速及爆燃转爆轰过程影响研究

为研究设障管内火焰传播特性以及爆轰转捩机理，比较固体障碍物和流体障碍物对火焰加速以及爆燃转爆轰（DDT）过程影响的区别，采用CFD软件对丙烷、氧气和氮气在爆轰管内爆燃转爆轰过程开展了模拟研究。研究结果表明：火焰前锋在固体障碍物的作用下，呈现先加速后减速的趋势；而火焰前锋在流体障碍物的作用下，加速趋势更为稳定。将首个固体障碍物改为流体障碍物能够缩短爆燃转爆轰的时间与距离，爆燃转爆轰距离与时间随着流体障碍物个数的增加呈现先减小后增加的趋势。     

基于氢气/柴油RCCI燃烧的热效率与损失联合优化

随着石油资源的匮乏、排放法规的日益严苛以及碳达峰、碳中和目标的提出，内燃机急需实现高效清洁燃烧，所以可再生无碳清洁燃料氢气与高效低排放燃烧模式反应活性控制压燃(RCCI)逐渐成为研究热点.通过将KIVA-3V程序与非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)耦合，对氢气/柴油RCCI燃烧进行了参数优化，以实现等效指示燃油消耗率(EISFC)与■损失的最小化，确定了不同初始参数对■损失的影响规律及作用机理.结果表明，由于等效指示燃油消耗率随着燃烧温度非单调性变化，等效指示燃油消耗率和■损失之间呈现明显的此消彼长关系，所以很难同时实现等效指示燃油消耗率和■损失的最小化.基于化学反应路径、燃烧温度与燃烧持续期对■损失的影响，提高预混能量比与柴油第一次喷射比例可以有效降低■损失.     

秸秆类生物质成型燃料氧化过程特性

对玉米秸秆颗粒在不同升温速率和不同氧体积分数下进行热重实验和对照实验,了解外界因素对玉米秸杆颗粒表观质量增加的影响程度以及分析颗粒质量增加的主要原因,同时对不同升温速率和不同氧体积分数下玉米秸秆颗粒氧化反应特征温度的变化规律进行分析。研究结果表明:生物质颗粒与氧的吸附作用是导致颗粒质量增加的主导因素;随着升温速率的增大,玉米秸秆颗粒氧化反应总区间延长,干燥峰值温度θ1、临界温度θ2、着火温度θ4和最大质量损失峰值温度θ5逐渐增大,吸附峰值温度θ3逐渐减小;随着氧体积分数的提高,玉米秸秆颗粒氧化反应总区间缩短,干燥峰值温度θ1保持不变,临界温度θ2先降低再保持不变,吸附峰值温度θ3先降低再上升,着火温度θ4和最大质量损失峰峰值温度θ5随氧体积分数的增加而降低。     

管道内瓦斯爆炸火焰传播压力与温度特性

为了研究瓦斯爆炸的压力与温度特性,利用矩形管道装置对不同体积分数的瓦斯进行爆炸实验。采用压力传感器和微细热电偶测量爆炸过程中压力与温度的变化,并结合高速摄像仪采集火焰传播图像。研究结果表明:该管道内最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率以及火焰温度峰值都随瓦斯体积分数的增加呈先增加后减小的趋势,到达最大爆炸压力的时间随瓦斯体积分数的增加呈先减小后增大的趋势。该管道上部燃烧比下部燃烧剧烈,下部火焰温度峰值与瓦斯体积分数呈4次函数表达式。在瓦斯爆炸火焰传播过程中,火焰峰面会发生变化,当瓦斯体积分数越接近10%时,越易形成"Tulip"火焰峰面;当瓦斯体积分数为10%时,火焰最明亮,最大爆炸压力和火焰温度峰值都取得最大值,分别为0.74 MPa和1 704.26℃。