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《华南理工大学》 2017年
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横掠风下扩散火焰的燃烧特性研究

汪烨  
【摘要】:与无风条件下扩散火焰主要受到由垂直方向密度差产生浮力的影响不同,横掠风作用下的扩散火焰还受到水平方向作用力,使得火焰外形倾斜、晃动、撕裂甚至产生飞火,扩散火焰的瞬态燃烧特征变得更加复杂。开展对横掠风作用下扩散火焰结构特征的研究,对火灾的预测、防范和救援具有实际工程应用价值和理论指导意义,同时有助于丰富和完善扩散火焰燃烧的理论体系。本文使用直线运动火源实验台以及扩散火焰风洞实验系统获得横掠风作用下的火焰图像序列,进而利用MATLAB数字图像处理技术分别计算火焰的温度区间面积和湍流脉动频率以及测量燃烧效率,揭示横掠风作用下扩散火焰的燃烧特性及其机理。以本生灯直线运动扩散火焰为对象,利用直线运动火源实验台获取不同加速度下火焰的瞬态运动图像序列,结合图像处理技术,进行火焰二维温度场重建以及计算火焰面积,研究火焰中不同温度区间面积随速度和加速度的变化规律及单个火焰不同温度区间的比面积,同时利用侧风速度和出口速度的动量通量比R将扩散火焰的燃烧过程分为三个阶段。结果表明:风速较小的燃料控制阶段,火焰的总面积随移动速度的增加而增加,低温区面积和比面积较大;过渡区火焰总面积急剧减小,但在该区域内火焰大部分面积的温度从低温向高温转变;而速度高的横掠风控制区火焰总面积趋于平稳,高温区面积和比面积占主导地位。因此相比静止火源,横掠风使燃烧火焰内高温比面积更大,燃烧更加集中和剧烈。基于扩散火焰风洞实验系统获得横掠风作用下油池火焰的彩色图像序列,通过MATLAB编写脚本计算静止条件下火焰的脉动频率以及横掠风作用下火焰羽流上边缘的波动频率。结果表明:静止条件下油池火焰的脉动频率满足公式f^2?1.28?D,通过无量纲分析和计算,得到关系式St=2.31(Fr)^(-0.529)。在实验的风速范围内,火焰的脉动频率随着风速的增加呈现出先增大后减小再增大的趋势。通过烟气分析仪测量燃烧后烟气浓度计算横掠风作用下的燃烧效率,其结果表明:随着横向风速的增加,池火燃烧效率的总体趋势表现为先增加后减小;当燃烧处于混合作用阶段,燃烧效率值不小于95%。本文工作对横掠风作用下扩散火焰的燃烧特性有了更为全面的认识和研究。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TK16

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