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顶部开口强制流动下竖通道内火旋风特性研究

摘要

在特定的燃烧条件和环境条件下，火场周围可能形成剪切流场，使稳定燃烧的火焰

使稳并产生旋转，火焰高度也随之增加，如果旋转能够持续，则短时间内就会形成快速

旋转且高度很高的稳定火焰，这就是火旋风。与常规火焰相比，火旋风不仅快速旋转且

火焰高度高，同时燃烧异常剧烈并向周围释放出大量的辐射热。火旋风形成过程中，如

果有强制流动，则会影响火旋风的形成。如果强制流动对火旋风起强化作用，这会造成

更大范围的火灾以及更大的人员伤亡和财产安全。因此，研究顶部强制流动下火旋风的

燃烧特性具有重要意义。

本论文主要采用实验研究和理论分析相结合的方法，探索了小尺寸顶部开口且具有

强制流动的竖通道内火旋风的燃烧特性。通过实验获得油池燃烧的火焰形态、燃烧时间、

火焰流场温度、火焰高度和燃料质量燃烧速率等参数的变化规律。

1、对不同顶部强制流动风速下的火旋风燃烧特性进行分析，发现平均火焰高度、燃

料质量损失速率以及中心轴线上的温度峰值随着顶部风速的增加先变大后减小，得到一

个无量纲风速v*=0.5533。得到在顶部开口强制流动下燃料质量损失速率模型。

f

2、在顶部存在强制流动的情况下改变油池直径，发现火焰高度、质量损失速率以及

中心轴线上的平均温度随着油池直径的增大而增加。得到热释放速率与油池直径的关系

式、燃料质量损失速率m与环量和油池直径Dy的关系式、火焰高度模型。

3、在顶部强制流动的情况下改变竖通道的侧开缝宽度，发现随着无量纲侧开缝宽

度的增加，火旋风形成时间以及火旋风持续时间、质量损失速率、火焰高度均先增大后

减小，并且通过分析得到一个无量纲侧开缝宽度d，在无量纲侧开缝宽度d=0.104时最

c

大。

关键词：强制流动风速；火旋风；燃烧特性；火焰温度；火焰高度

顶部开口强制流动下竖通道内火旋风特性研究

Abstract

Underspecificcombustionandenvironmentalconditions,ashearflowfieldmayform

aroundthefiresite,causingstableflamestostabilizeandrotate,resultinginanincreasein

flameheight.Iftherotationcanbesustained,arapidlyrotatingandhighlystableflamewillbe

formedinashortperiodoftime,whichiscalledafirewhirlwind.Comparedwithconventional

flames,afirewhirlwindnotonlyrotatesrapidlyandhasahighflameheight,butalsoburns

exceptionallyviolentlyandreleasesalargeamountofradiationheattothesurroundingarea.

Duringtheformationofafirewhirlwind,ifthereisforcedflow,itwillaffecttheformationof

thefirewhirlwind.Ifforcedflowhasastrengtheningeffectonfirewhirlwinds,itwillcause

largerscalefires,aswellasgreatercasualtiesandpropertysafety.Therefore,studyingthe

combustioncharacteristicso