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低压下典型可燃液体层流扩散火焰及碳烟分布规律研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.1.1 低压火灾研究的重要性和必要性

1.1.2 碳烟的生成机理概述

1.1.3 环境压力对燃烧的主要影响因素

1.2 探测方法

1.2.1 侵入式探测方法

1.2.2 非侵入式探测方法

1.3 国内外对火焰碳烟特性的研究现状

1.3.1 国外对火焰碳烟特性的研究现状

1.3.2 国内对火焰碳烟特性的研究现状

1.4 研究的目的和主要内容

1.5 章节安排

第2章 实验设计

2.1 实验设备

2.1.1 低压燃烧设备

2.1.2 燃烧器的选择

2.1.3 光学测量设备

2.2 实验方法

2.2.1 校准方法

2.2.2 实验操作

2.3 本章小结

第3章 纯净可燃液体的火焰形态及碳烟浓度分布特性

3.1 实验样品及工况

3.2 火焰形态

3.2.1 实验的重复性

3.2.2 火焰高度

3.2.3 火焰宽度

3.3 碳烟的浓度分布特性

3.3.1 理论依据

3.3.2 正己烷火焰中的径向碳烟浓度分布

3.3.3 正庚烷火焰中的径向碳烟浓度分布

3.3.4 正辛烷火焰中的径向碳烟浓度分布

3.3.5 不同压力下火焰中沿轴向的碳烟浓度分布

3.2.6 碳烟浓度峰值与压力的关系

3.4 本章小结

第4章 正己烷/正辛烷混合物火焰的碳烟浓度分布特性

4.1 4∶1混合物火焰的径向碳烟浓度分布

4.2 1∶1混合物火焰的径向碳烟浓度分布

4.3 1∶4混合物火焰的实验结果与讨论

4.4 不同压力下火焰中沿轴向的碳烟浓度分布

4.5 碳烟浓度峰值与压力的关系

4.6 本章小结

第5章 商用燃料火焰的碳烟浓度分布特性

5.1 汽油火焰的碳烟浓度分布特性

5.1.1 汽油火焰中的径向碳烟浓度分布

5.1.2 汽油火焰中沿轴向的碳烟浓度分布

5.1.3 汽油火焰碳烟浓度峰值与压力的关系

5.2 航空煤油火焰的碳烟浓度分布特性

5.2.1 RP-3航空煤油火焰中的径向碳烟浓度分布

5.2.2 RP-3航空煤油火焰中沿轴向的碳烟浓度分布

5.2.3 RP-3航空煤油火焰中碳烟浓度峰值与压力的关系

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 工作展望

参考文献

致谢

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摘要

高原、高空等低压低氧环境下的火灾防控一直以来是社会关注的热点问题。碳烟是含碳可燃物未完全燃烧的产物,是观察可燃物燃烧行为的重要参数。研究低压低氧条件下的碳烟分布规律,对进一步深入研究高原、高空环境下燃烧行为特征和火灾防控方法具有重大意义。
  本文主要研究了几种典型可燃液体在低压下的层流扩散火焰形态特征及碳烟浓度分布规律。利用内径为240 mm、高度为600 mm,可调压力范围为40~101kPa的低压燃烧实验舱及酒精灯式燃烧器,分别对8种可燃液体样品在7个低压工况下(40、50、60、70、80、90和101 kPa)进行了燃烧实验,样品包括3种纯净物(正己烷、正庚烷和正辛烷)、3种混合物(纯净物按质量配比)和2种商用燃料(汽油和航空煤油)。
  定量分析了三种可燃液体纯净物在40~101kPa压力范围内的火焰高度、宽度及其与压力的关系,发现其火焰高度均随压力升高而增加,火焰宽度随压力增加而减小,含碳量越高,火焰宽度随压力的变化越慢。
  利用激光诱导炽光法研究了8种实验样品在低压条件下火焰碳烟浓度分布规律与压力变化的关系,结果表明对同一可燃液体,压力越高,碳烟浓度越大;在同一压力下,可燃物含碳量越高,碳烟浓度越大。从火焰根部到顶部,碳烟浓度的集中分布位置分为两个阶段:从火焰根部到某一临界高度,碳烟集中分布在以火焰中轴线为中心的环形区域内;从临界高度到火焰顶部,碳烟集中分布在火焰中轴线上。
  通过对本实验中整个火焰的碳烟浓度峰值进行半定量分析,并与其他学者的实验结论进行比较,得到规律:该峰值与压力成指数关系,可燃物含碳量越高,指数越小。

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