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火场进风口情况对火旋风特性影响的研究

作　者: 余罕元
导　师: 陈网桦
学　校: 南京理工大学
专　业: 安全工程
关键词: 火旋风进风口燃烧特性强度稳定性
分类号: X932
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

火旋风是一种特殊火行为,是当火焰受到旋转气流作用时产生的一种旋转的燃烧形式,常出现在森林火灾、城市建筑火灾和一些中小规模的人工焚烧中,是一种破坏力极强的自然灾害。火旋风对火场的环境较为敏感,火场的环境变化可能引起火场中气流运动方式的改变,气流运动方式的改变将会直接影响到火旋风的形成、强度和稳定性。进风口情况是火场环境中最能影响到火场气流运动方式的因素之一。火场中的进风口情况会直接影响到气流的运动,从而对火场中火旋风的形成、强度和稳定性造成较大影响。研究火场进风口情况对火旋风特性的影响,对于火旋风的防治工作具有一定现实意义。为了探索火场进风口情况对火旋风特性的影响,本文将进风口情况分为进风口的宽度、高度、形状和位置,采用开口可控的六边形火旋风发生装置对其分别进行实验研究。得到以下主要结论：(1)在研究进风口宽度的影响时,发现火旋风的强度和稳定性均随着进风口宽度的增加先增大后减小,即存在一个最佳进风口宽度,此时火旋风的强度和稳定性最强。对此现象进行了定性的分析,只有当火场进风口宽度适中时,进气流形成的旋转气流具有一个合适的厚度和流速,火焰才可以形成稳定的火旋风。(2)在研究进风口高度的影响时,发现火旋风的强度和稳定性均随着进风口高度的增加而减小。当进风口高度过大时,火焰无法发生旋转。(3)在研究进风口形状的影响时,发现随着进风口宽度的增加、长度的减小,火旋风的强度和稳定性先增大后减小。当进风口的长度为宽度的2倍时,火旋风的强度最大、稳定性最好。(4)在研究进风口布局的影响时,发现当各个进风口的连线可以组成一个正多边形时,此时的火旋风较容易形成,且强度大、稳定性好。对此现象进行了定量的分析,提出了受进风口布局影响下的放热速率常数K,用以表征进风口布局对火焰放热速率的影响,K越大火旋风的燃烧强度就越大。通过燃烧过程的能量守恒关系,求出了四组实验的放热速率常数K值,与实验结果对比,能够基本反映实验规律。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 研究背景及意义  10-12
    1.1.1 火旋风概述  10-11
    1.1.2 进风口概述  11
    1.1.3 研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状及不足  12-18
    1.2.1 国外火旋风研究现状  12-14
    1.2.2 国内火旋风研究现状  14-18
    1.2.3 现有研究的不足  18
  1.3 本文研究目标及思路  18-19
    1.3.1 研究目标  18-19
    1.3.2 研究思路  19
  1.4 本文章节安排  19-20
2 实验系统  20-25
  2.1 实验装置及燃料  20-21
    2.1.1 开口可控的正六面体火旋风发生装置  20
    2.1.2 实验燃料及油盘  20-21
  2.2 测量仪器及测试方法  21-25
    2.2.1 热电偶  21-22
    2.2.2 数据采集仪  22
    2.2.3 精密电子天平  22-23
    2.2.4 热线风速仪  23-24
    2.2.5 数码摄像机  24-25
3 火场进风口情况对火旋风特性影响的实验研究  25-56
  3.1 火场进风口宽度对火旋风特性影响的实验研究  25-30
    3.1.1 实验设计及准备  25-26
    3.1.2 实验结果与分析  26-29
    3.1.3 小节  29-30
  3.2 火场进风口高度对火旋风特性影响的实验研究  30-38
    3.2.1 实验设计及准备  30-31
    3.2.2 实验结果与分析  31-38
    3.2.3 小节  38
  3.3 火场进风口形状对火旋风特性影响的实验研究  38-45
    3.3.1 实验设计及方法  38-39
    3.3.2 实验结果与分析  39-45
    3.3.3 小节  45
  3.4 火场进风口布局对火旋风特性影响的实验研究  45-55
    3.4.1 实验设计及方法  46-47
    3.4.2 实验结果及分析  47-55
    3.4.3 小节  55
  3.5 本章小节  55-56
4 火场进风口情况对火旋风特性影响的实验结果分析  56-72
  4.1 火旋风与普通火焰的差异性分析  56-60
    4.1.1 火焰形态的差异  56-57
    4.1.2 火焰温度和温升速率的差异  57
    4.1.3 火焰燃烧速率的差异  57-59
    4.1.4 火场中空气流速的差异  59-60
  4.2 火旋风的演变过程分析  60-63
    4.2.1 火旋风的温度变化规律  60-61
    4.2.2 火旋风演化的四个阶段  61-62
    4.2.3 四个阶段的特征  62-63
  4.3 火场进风口宽度对火旋风特性影响的分析  63-66
    4.3.1 不同进风口宽度环境中火焰的温度差异  63-64
    4.3.2 进风口宽度对火旋风特性影响的原因分析  64-66
  4.4 火场进风口布局对火旋风特性影响的分析  66-70
    4.4.1 火场进风口布局对火旋风特性影响的定性分析  66-67
    4.4.2 火场进风口布局对火旋风特性影响的定量分析  67-70
  4.5 本章小节  70-72
5 结论与展望  72-74
  5.1 主要结论  72-73
  5.2 工作展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-77

火场进风口情况对火旋风特性影响的研究

内容摘要

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