阴燃过程简化理论分析

论文摘要

阴燃过程的理论分析对火灾的研究、生物质阴燃应用新技术的开发具有重要的指导意义。本研究拟通过简化分析方法,解释秸秆阴燃实验中出现的一些现象,并建立简化数学模型,为阴燃过程的深入研究提供基础。首先,探讨了燃料尺寸对阴燃床层中出现有焰火的可能性影响,在分析了燃料床层孔隙的当量直径与燃料直径关系的基础上,利用淬熄距离概念计算燃料燃烧时内部不出现火焰时燃料的临界尺寸,对计算结果进行分析得出:有序排列时燃料尺寸小于2～3cm,堆积物料内部就不会出现火焰。无序排列时物料堆积密度越小,燃料的临界尺寸就越小。这一结论与实验结果基本一致,也解释了山东理工大学以前秸秆阴燃实验中玉米秸、麦秸堆积阴燃失重速率大于草的原因。其次,对典型条件下阴燃床层中的传热进行了分析。应用半无限大物体的非稳态导热过程的分析解,计算了燃料床层的温度变化随时间的关系。通过与阴燃传播速度的对比,发现床层传热速度明显大于阴燃前锋的传播速度,从而解释了以往秸秆阴燃实验中的整个床层几乎同时升温的现象。为深入研究阴燃传播的物理机理,提出了以炭粉为物料进行实验的方案。并建立了小型实验台,对炭粉自然对流条件下正向阴燃进行了预试验。结果表明:生物质炭粉能实现稳定向下阴燃,阴燃的传播速度约为:0.18mm/min。对上述炭粉竖直向下阴燃实验方案进行了深入的理论分析,在一系列假设的基础上,利用质量守恒和能量守恒原则,建立了化学反应动力学和能量方程,确定了初始条件和边界条件,研究了方程中参数的确定方法,方程的求解将留待下一步研究。这些工作为阴燃的进一步实验和理论研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 研究现状及分析
• 1.2.1 国外研究现状及趋势
• 1.2.2 国内研究现状及应用
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 物料尺寸对阴燃过程影响的理论分析
• 2.1 堆积固体燃料燃烧内部出现火焰的条件
• 2.1.1 温度
• 2.1.2 气体浓度
• 2.1.3 孔隙尺寸
• 2.2 纤维状物料堆积时床层孔隙尺寸与燃料尺寸的关系
• 2.2.1 有序的两种排列方式及计算结果
• 2.2.2 燃料无序排列时孔隙尺寸的初步分析
• 2.3 利用淬熄距离确定堆积燃烧时床层内部不出现火焰的燃料临界尺寸
• 2.3.1 淬熄距离简介
• 2.3.2 几种可燃气体燃烧时的淬熄距离
• 2.3.3 发生阴燃的物料临界尺寸的计算
• 2.4 理论结果与实验的对比分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 典型阴燃过程中床层传热的简化理论分析
• 3.1 典型阴燃过程的选取
• 3.2 阴燃过程中床层传热简化理论分析
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 数学模型
• 3.3 传热速度与阴燃速度的对比
• 3.4 秸秆阴燃实验整体阴燃现象的解释
• 3.5 本章小结
• 第四章 炭粉阴燃实验方案的提出及预实验
• 4.1 炭粉阴燃实验方案的提出
• 4.2 预实验
• 4.2.1 实验目的
• 4.2.2 实验方案
• 4.2.3 实验设备
• 4.2.4 实验过程
• 4.2.5 实验结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 炭粉一维向下阴燃简化理论分析
• 5.1 阴燃模型研究现状
• 5.1.1 国外对阴燃模型研究现状
• 5.1.2 国内对阴燃的数值模拟研究现状
• 5.1.3 阴燃过程中化学反应模型简介
• 5.2 物理模型的建立
• 5.3 数学模型的建立
• 5.3.1 化学反应
• 5.3.2 能量守恒
• 5.3.3 初始和边界条件
• 5.3.4 参数的确定
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和进一步工作建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间发表的论文