着火油罐燃烧过程预测的整体模型.pdfVIP

中罔T程热物理学会 燃烧学分会 2004年学术会议 编0：044002 着火油罐燃烧过程预测的整体模型’ 魏东1薛岗2田亮2杨君涛3 1——武警学院消防指挥系，河北廊坊，065000 电话：031 2——公安部天津消防研究所，天津，30038I；3——天津大学热能研究所．天津，300072 摘要：本文根据油罐火灾的燃烧特点。从基本的传热规律和燃烧机理出发，以油品表面热反馈的能量 平衡为前提，并利用化工热力学方法计算了火焰的平均温度，通过迭代方法，并结台相关的J实验数据 和结果，提出，油罐火灾的整体燃烧模型．该模型可适用于多种碳氢类燃料．奉史以汽油为例．通过 计算可以得到着火油罐的多项燃烧特性，包括燃烧速度、平均火焰温度等，是教取油罐劂1制热辐射规 律的摹础和前提。计算结果可为火灾现场战术的决策以及预案的制订提供依据。 关键词：油蠼岁灾，燃缝梦性f熟蔓步递r氅!l!肆 Y ， 。 ’ ”L 1前言 油罐火灾燃烧速度快、火焰温度高，辐射热强、易流动扩散形成人面积火灾，因 此其防火与灭火问题一直受到国内外专家和学者的重视。为了探求油罐火灾的发展趋势 币¨内在规律，了解其燃烧过程中火焰温度、火焰高度等特性参数的变化是十分重要的。 在各个特性参数中，燃烧速度是最重要的．它直接影响着其他参数的人小平¨变化规律． 因此，理论求解油罐火灾的燃烧速度，是获得燃烧过程整体模型的基础和前提。燃烧速 度的快慢主要是由于火焰传递给油品表面热量的大小决定的，这部分热鼙称为反馈热 传递的主体，原因是对流和辐射是与D2成比例的，而导热只与D成比例。当D增人时， 导热的重要程度逐渐减小，而辐射最终会超过对流而成为热量传递的最主要方式，主要 原因是辐射与温度的四次方成正比。本文的目的是建立描述油罐火灾燃烧过程及发展规 律的整体模型，获取油罐火灾的基础数据与燃烧规律，为消防二L‘程的设计年¨灭火战术的 制定提供科学依据。 2假设条件 (1)火焰形状为垂直的圆柱形，不考虑有风的情况。 (2)所有传递到油层上的热量都用于加热油品和油品的蒸发，即忽略油品向F面的传 热损失。 (3)将火焰看成是包含多种物质的性质均一的混合物，且具有一个在时间和空间上都 均匀的温度值。这些物质主要包括：卷吸的空气，燃烧产物(-二氧化碳、水蒸气 和碳黑粒子)、来燃的燃料蒸气和氮气。 (4)油品的沸点在整个燃烧过程中为常数。 3油品表面热反馈的能量平衡 2】的火灾动力学理论，质量燃烧率可表达为： 根据DrysdaleI 聊：咝 (1) L ‘国家“十五”攻关项目“城市火灾与重大化学灾害事故应急救援技术研究”(No200lBAS03802) 168 面损，人的热颦。由火焰传递给液面的热量Q由导热、对流和辐射=部分之和组成．即： Q=QcW+‰，+Qd (2) 由以上对油罐燃烧中传热过程的分析，建立其基本的数学物理模型。如图1所示。 由此可得出油罐燃烧时的能量平衡方程为： (3) 朋旧，+c∥(c—To)J=Qo。+Qo，+QⅢ一9。。 式中， 疋为环境温度tL为油品沸点。 J m的单位为kg／s，各项换热量Q的单位 为kw，其中热传导是考虑罐壁对油品的 √＼ 导入热量。 3．1计算火焰平均温度化工热力学方法 r 、 Hf 采用Smith和VanNess”l提出的