低气压环境下浮力主控湍流扩散射流火焰特征及推举、吹熄行为研究

Buoyant turbulent jet diffusion flames are common in fire accidents resulted from gas fuel leakage. Carrying out studies on the characteristic parameters and combusting behaviors about this have great theoretical significance and practical value. Classical theories of buoyant turbulent jet diffusion flames are established based on experimental results in normal pressure conditions, and they does not consider the effects of pressures. There is an obvious defect as they no longer apply to the conditions in different plateaus. In this project, a combination of theoretical analysis and experimental study will be carried out to elucidate the combustion dynamics of flame behaviors of turbulent jet diffusion flame in different sub-atmospheric environments:.(1).Revealing the evolution characteristics of air entrainment and macroscopic characteristic scale of buoyant turbulent jet diffusion flames in different sub-atmospheric environments;.(2).Finding out the controlling mechanism of soot production and the flame radiation in sub-atmospheric environments, and models will be established to characterize the effect;.(3).Studying the evolution characteristics of flame lift off and blow out, and criterion models concerning the pressure effect of ambient pressure will be proposed..This project aims to study the combustion characteristics of buoyant turbulent jet diffusion flames in various sub-atmospheric environments. It is an important complement to the classical theory of buoyant turbulent jet diffusion flames, and also provides a theoretical basis and prediction model support for the prevention of gas leakage fires in different high plateaus.

浮力主控湍流扩散射流火常见于燃气泄漏火灾事故中，开展其燃烧行为与特征参数演化规律研究，具有重要的理论意义和实际参考价值。现有扩散射流火焰经典理论均基于常压条件而建立，未考虑压力效应的影响，不再适用于高原低气压环境。本项目拟采用理论分析和实验研究相结合的方法，研究不同低气压环境下浮力主控湍流扩散射流火焰动力学行为与特征参数演化规律：（1）揭示低气压环境下浮力主控湍流扩散射流火焰卷吸特性与宏观特征尺度演化规律；（2）分析低气压环境对浮力主控湍流扩散射流火焰碳黑生成及辐射特性的影响并建立表征模型；（3）研究低气压环境下浮力主控湍流扩散射流火焰推举和吹熄行为规律及其临界条件模型。本项目针对不同低气压环境下浮力主控湍流扩散射流火焰燃烧行为演化动力学机制开展的研究，是对现有浮力主控湍流扩散射流火经典理论的重要补充，也可为高原燃气泄漏火灾的防治提供理论依据和预测模型支持。

扩散射流火焰常见于燃气泄漏火灾事故中，具有高发生率和强破坏性，开展其燃烧行为与特征参数演化规律研究，具有重要的理论意义和实际参考价值，因此，一直是火灾学和燃烧学领域的经典科学问题之一。本项目主要研究不同低气压环境下浮力主控湍流扩散射流火焰动力学行为与特征参数演化规律。在项目执行期内，通过理论分析和实验研究，揭示了环境气压对火灾扩散射流火吹熄行为的影响，发现了低气压环境下火焰更容易吹熄的现象，建立了基于Damköhler数考虑压力效应的火焰失稳行为理论模型。开展了低气压环境夹墙受限条件下扩散射流火行为特征研究，揭示了低压环境火焰卷吸涡旋演化规律与常压的差异，建立夹墙对轴对称扩散射流火空气卷吸影响的物理模型，发展了火焰高度受边界夹墙影响的临界预测模型，最后建立了低气压和常压环境夹墙影响下的火焰高度无量纲模型。分析了扩散火焰碳黑生成随压力的关联关系，建立了扩散火焰蓝色火焰区（无碳黑区）随压力的变化关系模型，为建立辐射与压力关系模型奠定了基础。这些研究结果发表于Combustion and Flame、Proceedings of the Combustion Institute和Applied Energy等燃烧领域顶级期刊。目前共计发表SCI论文10篇，并受邀在第三届全国青年燃烧会议“火灾科学与技术”专题研讨会做汇报“低气压条件下火焰吹熄行为及机制”；作为核心支撑成果之一，获得2017年度高等学校科学研究优秀成果奖自然科学二等奖（高原低压低氧特殊环境下火灾扩散燃烧行为的基础理论研究）；参加国内外学术会议7次，在读硕士3人。项目完成了预期研究目标，达到了要求的成果目标，研究成果可为高原燃气泄漏火灾安全防控提供重要参考，具有重要的科学意义和应用价值。