航空煤油火焰锋面前方液体表面温度分布特性实验的研究.pdfVIP

航空煤油火焰锋面前方液体表面温度 分布特性实验研究 陈国庆，周劼波，陈兵，王昌建，陆守香 (中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室230026 email：gqchen@mail.ustc.edu.cn tel 摘要 通过搭建航空煤油火焰蔓延实验平台，借助微细热电偶、红外测温、高速纹影摄像和ccd 摄像 灯技术，针对不同燃料初始温度条件下的航空煤油火焰锋面前方表面表面温度分布和温度升高过程进 行了实验研究，将火焰蔓延过程中的燃料表面温度分布划分为主火焰区、闪燃区和预热区，并对主火 焰和闪燃火焰锋面的燃料表面温度进行了实验测量，结合燃料表面温度升高过程研究，对表面流的形 态和构成进行了初步分析。 关键词：航空煤油 火焰蔓延 表面流 温度分布 1 前言 上世纪 80 年代以后，人们借助计算机、纹影、微细热电偶、红外热像、彩色纹影 偏振、激光示踪粒子、高速摄影和烟丝等先进技术，在液体燃料表面火焰蔓延的研究取 得了长足的进步。证明火焰蔓延主要包括低速稳定蔓延、脉动蔓延、匀速蔓延、线性加 速和气相控制蔓延等五种模式，并对各种模式的产生机理做了深入研究，但这些研究主 要集中在火焰蔓延模式划分、火焰蔓延速度和火焰锋线的流场特性方面，所针对的燃料 也主要是酒精、庚烷和丙醇等低闪点单质燃料[1]—[5]。而航空煤油的闪点较高，达到 66 ℃，常温下的火焰蔓延基本属于液相控制模式，且航空煤油属于多组分混合燃料。由于 燃油初始温度一般都较低，火灾发生初期的火焰蔓延过程主要液相控制下的火蔓延，所 以有必要针对我国航空煤油在液相控制模式下的火蔓延特性进行研究，以对我国航空煤 油火灾的控制和灭火机理的研究提供支持。 前期研究结果显示，航空煤油在初始温度T0 小于16℃，火焰无法蔓延，当液体初 始温度超过73℃时，火焰以预混火焰速度传播，火焰锋线前方没有表面流，在此温度区 间内的火焰蔓延始终以脉动方式进行。液体燃料火焰蔓延特性主要受火焰锋面前方液体 表面温度分布和温升过程控制，所以本文针对燃料初始温度16℃T073℃条件下，燃料 表面温度分布和温升过程进行实验研究，以期对后期航空煤油火焰蔓延机理研究提供支 持。 2 实验方法 2.1 试验台构成 图1 为液体燃料火蔓延特性实验装置示意图。文献[6]中对液体燃料火蔓延研究所使 用的油池尺寸进行了总结，火焰由点燃发展至稳定蔓延，在长度方面需要0.15m 距离； 液面下表面流厚度为0.05m，要求油池深度大于0.05m；在宽度方面，油池宽度大于1cm。 试验油池长度为1m×0.04m×0.12m，满足文献所要求的液体火蔓延实验需求。油池中部 有一耐火玻璃构成的观察窗，长0.4m。油池其它部位由钢板构成。如图1 所示。 试验测量系统由热像仪、微细热电偶、高速纹影摄像、ccd、数据采集仪等设备构 成。由微细热电偶和热像仪测量火焰蔓延过程中液体升温过程，高速纹影摄像记录表面 流的流动过程，ccd 摄像机记录火焰蔓延过程。微细热电偶的采样频率为 2Hz，红外与 ccd 拍摄速度为每秒25 帧，高速纹影摄像的拍摄速度为每秒400 帧。 图1 实验装置示意图 2.2 试验方法 点火区位于油池一端，距端面 3cm 处设置隔离挡板，保证点火时点火区以外燃油 保持初始温度。试验采用庚烷作引燃剂，在点火区内注入少量庚烷，点燃庚烷，待庚烷 燃烧完全，引燃 jp-5 航空煤油至稳定燃烧，抽出挡板，使火焰延液面自由蔓延，直至 火焰蔓延至油池另一端。同时借助对燃油进行水浴加热或冷冻降温的方法，实现对航空 煤油初始温度的控制。 3 结果分析 3.1 典型火焰形态 图2 为航空煤油液面火焰蔓延过程的典型图片，很明显，整个区域由橘红色火焰区、 蓝色火焰区和无火焰区构成。在火焰蔓延过程中，各区域的长度和边界并不稳定。蓝色 火焰呈脉动状态，蔓延速度很快，长度不断变化，有时完全消失，并不是连续存在。橘 红色火焰持续存在，同时呈脉动传播状态。 对于这种现象，在以酒精、庚烷和丁醇等低闪点单质燃料为主要研究对象的文献中 很少提及，在文献[7]中只是提到火焰面附近有一类似预混火焰区域的存在，没有对其特 征进行详细描述。 根据试验现象和各区域的传播特点，将航空煤油液面火蔓延过程中的火焰结构可分 为主火焰区、闪