论文部分内容阅读
移动火源是指着火期间火源点处于运动状态。国内外学者对扩散火焰结构特征进行了大量研究,然而已有的这类研究几乎均是基于以下前提条件,即引起扩散燃烧的火源点是静止不动的,这与静止火源着火引起的燃烧情景是吻合的。但在许多实际情况下,也会发生火源仍处于运动状况的这类扩散燃烧的场景。有关移动火源的研究,多以预混燃烧火焰为主;且重力、离心力、科氏力等体积力对火焰的影响多以封闭或者半封闭状态为主。本课题通过对无限大空间旋转扩散燃烧火焰和直线运动扩散燃烧火焰进行研究,探索了移动扩散燃烧火焰的知识,将发展和完善传统的燃烧理论,同时对这一类燃烧的高效利用和移动火源引起的火灾等方面具有广泛的指导意义。针对旋转运动下扩散燃烧实验的研究要求,搭建了旋转运动实验台。实验中采用现代测试技术,如高速摄像仪,火焰图像处理技术等,实现了两种运动情况下火焰静态和动态图像的获取,同时对火焰面图像边缘进行了提取和处理,最后对实验结果进行了分析。研究结果表明:旋转火焰受到体积力的作用主要是重力和离心力,随转盘转速的增加,体积力逐渐增大,空气对火焰的阻力增大,火焰偏角随之增大。旋转火焰除了受力的影响,周围空气流动的变化也是影响蜡烛火焰燃烧的重要原因;随转盘转速缓慢增加,气流对火焰的扰动增加,更多的空气参与燃烧反应,燃烧越来越剧烈,火焰面积和火焰长度增大,并在一定的转速下达到峰值,转速继续增加,气流速度的增加带走更多的热量,使燃烧程度降低,火焰面积和火焰长度越来越小,最后熄灭;旋转半径越大,气流的扰动对火焰的影响越明显,熄火极限转速越小。风洞中直线运动下的蜡烛扩散燃烧火焰的实验与数值模拟的对比研究,得到以下结论:火焰的燃烧受火源运动的影响较大,风速为0m/s时,当火源速度从0.36m/s增加到0.55m/s,火焰偏角从36°增大到60°,偏转的方向与火源本身运动的方向相反;风、车运动下火焰呈现出两种不同的外形,影响因素的不同使二者燃烧形态和速度场有很大不同,其中风作用下火源周围受大范围气流影响,而车移动时只引起火焰周围局部气流变化,而且两者的散热条件也不一样,前者比后者散热快,后者燃烧温度更高;相对静止扩散燃烧与绝对静止扩散燃烧有明显不同,由于前者火焰四周气流湍动更大,更多的空气与燃料接触反应,比后者燃烧程度更剧烈,温度更高,相对静止时移动火焰本身的运动对火焰也有影响,引起火焰形态向火源运动的反方向偏转。因此,移动火源扩散燃烧不能利用相对运动的概念来简单分析,其内在的影响和火焰外形都截然不同,其深层次的机理还有待进一步研究。以上的实验及数值模拟研究,实现了对移动扩散火焰特性有一个初步的认识,为后续研究工作提供了一定的基础。