开放空间航空煤油池火燃烧数值模拟

摘要

油池火是由可燃液体意外泄漏后造成的液体燃烧形式，随着科学技术的发展，生活和生产中油的需耗量增大，在燃油的使用和运输过程中航空煤油泄漏造成的火灾发生的频率越来越高，并造成严重的后果。因此，了解油池火的燃烧特性对油池火灾的控制和扑救十分重要。
　　开放空间油池燃烧受环境因素影响较大，研究开放空间池火的影响范围及影响因素十分重要。有风情况下的油池火的火焰高度、火焰倾斜角度、温度和辐射热流密度与无风情况下的燃烧状态存在很大的差异。论文通过数值模拟，研究环境风速对油池火周围环境温度和辐射热流密度的影响，并对有风情况下油池火的热辐射模型进行了探讨。随后对有风情况下油池火火焰高度和火焰倾斜角度进行研究，并建立了有风情况下油池火焰高度和火焰倾斜角度的模型。本文的主要研究内容如下:
　　首先，应用FDS火灾模拟软件对开放空间的油池火进行数值模拟计算，并将油池火的质量燃烧速率、火焰高度和辐射热流密度的计算值与实验值进行对比分析，验证了FDS火灾模拟软件Deardorff模型对油池火计算的正确性。
　　其次，研究了不同风速条件下，池火影响区域范围内环境温度和辐射热流密度的变化规律。结果表明，在油池上风侧，温度和辐射热流密度随着风速的增大而逐渐减小;在油池下风侧，温度和辐射热流密度随着风速的增大呈先递增后减小的趋势。且存在一临界风速，在临界风速区域范围内油池的燃烧特性依赖于风速的变化，临界风速区域外，燃料的燃烧特性受风速的影响较小，在分析中发现该临界值与油池尺度有关。
　　最后，通过理论分析和对模拟数据的整理，建立了有风情况下的火焰高度和火焰倾斜角度的预测模型，并验证了预测模型准确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 油池火的燃烧速率

1．2．2 油池火的火焰高度和火焰倾斜角度

1．2．3 油池火的热辐射特性

1．2．4 研究现状小结

1．3 研究方法和内容

第2章 数学模型及数值计算方法

2．1 引言

2．2 火灾热流场的基本方程

2．2．1 动量方程的简化

2．2．2 能量方程的简化

2．2．3 湍流模型

2．3 燃烧模型介绍

2．4 油池火焰高度的理论模型

2．4．1 无风状态下火焰高度模型

2．4．2 侧向风情况下的火焰高度模型

2．5 辐射模型

2．6 本章小结

第3章 模型验证

3．1 实验介绍

3．2 数值计算模型的设置

3．2．1 燃料参数的确定

3．2．2 计算网格的设定

3．2．3 辐射角的选择

3．3 计算模型的准确性验证

3．3．1 质量燃烧速率

3．3．2 油池火的火焰高度

3．3．3 辐射热流密度

3．4 本章小结

第4章 有风情况下油池火的燃烧特性研究

4．1 数值计算的设置

4．2 风速对油池火灾的温度分布的影响

4．2．1 温度测点的布置

4．2．2 轴向温度分布

4．2．3 风速对径向温度分布

4．3 风速对油池火灾的辐射热流密度分布的影响

4．3．1 辐射热流密度测点的布置

4．3．2 径向辐射热流密度的分布

4．4 风速对火焰高度和火焰倾角的影响

4．4．1 有风情况下油池火焰的高度

4．4．2 油池火焰的倾斜角

4．5 本章小结

第5章 有风情况油池火燃烧模型的研究

5．1 油池火焰高度模型

5．1．1 无风情况下油池火焰的高度

5．1．2 有风情况下油池火火焰的高度

5．2 风速环境下火焰倾斜角的预测模型

5．3 风速环境下火灾辐射模型

5．3．1 无风情况下的辐射热流密度

5．3．2 有风情况下的辐射热流密度

5．4 本章小结

结论

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

参考文献

致谢