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火旋风的火焰与燃烧特性实验研究(论文).pdf
- 火旋风是森林与城市大火中浮力火羽流与周围环境耦合作用所诱发的一
种高度组织化的剧烈燃烧现象。火旋风的复杂性来源于其中包含的燃烧．流动
复杂耦合作用机制与行为。目前对火旋风的研究主要集中在理论分析和计算机
模拟，而实验研究尤为缺乏。．
本文依托基于四墙壁．狭缝．火焰物理模型研制的火旋风模拟实验台开展
了多个直径油盘的火旋风实验，实验测量了燃烧的主要特征参量，包括失重速
率、火焰高度、火焰温度分布、进风速度和对外辐射热流，通过数据分析，系
统研究了在不同燃料尺度和环境流场等参数条件下火旋风的温度分布、环境流
场、火焰高度、火焰结构、燃烧速率和热释放速率等动力学特性的变化规律。
本文实验发现，火旋风是一种比常规火羽流更为稳定的剧烈燃烧现象，且
这种稳态不受燃料尺寸、燃料厚度和Lip height等参数的影响。温度在稳定段
的波动来自于流体扰动带来的火焰漂移。研究了基于辐射误差修正的火旋风稳
态火焰温度测量方法。研究发现，与常规火羽流相比，火旋风的热释放速率、
火焰高度和火焰温度等均表现出不同的变化特性。稳态时的热释放速率随着油
盘直径增大而增大，单位面积失重速率随直径增大也增大，至40cm直径基本
为定值。无量纲热释放速率与无量纲直径之间呈现幂函数关系。与常规火羽流
相比，稳态火旋风的火焰的间歇区范围较小，连续火焰区高度占最大火焰高度
的比例远大于常规油池火。无量纲分析表明火焰高度随着热释放速率增大而增
大，且两者可用幂函数经验关系式进行良好相关。本文得到了火焰的轴向和径
向温度变化特征和火焰连续区、间歇区、羽流区的温度表达式。本文还发现火
旋风火焰的对外辐射热占总的燃烧热释放的约30％，说明火旋风的辐射传热很
强。
关键词：火旋风燃烧特性失重速率火焰温度火焰高度
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