摘 要

本文基于多火焰融合原理，通过用不同阵列、不同火源尺寸对不同边长油池火的模拟，研究丙烷阵列火火焰完全融合的临界判据；根据临界判据设计丙烷阵列火模拟4×4 m正庚烷油池火时的气火火源尺寸、间距等参数并进行验证；根据参数设计燃烧器的零部件和消防火灾模拟器。研究成果如下：影响丙烷阵列火焰融合状态的主要有两个参数：气体火焰中心的间距和单个气体火的热释放速率。主要结论为：对于大型池火，可采用丙烷气体阵列火进行火源模拟。利用组合参数，可以得到丙烷气体阵列火产生完全融合火焰的临界条件，即:lt;0.045处可以生成完全融合的火焰，模拟火焰与实际火焰的差异最小。2×2气体阵列火产生的融合火焰与实际火焰有较大的不同。建议使用4×4的阵列火源。

关键词：多火源融合；阵列火；火灾模拟器；火源模拟

Abstract

In this paper, based on the principle of multi-flame fusion, the critical criterion of complete fusion of propane array fire was studied by simulating different side length oil pool fires with different arrays and different fire source sizes.According to the critical criterion, propane array fire was designed to simulate the size and spacing of gas and fire sources in 4×4 m n-heptane oil pool fire, and the parameters were verified.The parts of the burner and the fire simulator are designed according to the parameters.The results are as follows: there are two main parameters that affect the fusion state of propane arrays: the distance between the center of the gas flame and the heat release rate of a single gas fire.The main conclusion is: for large pool fire, propane gas array fire can be used to simulate the fire source.Using the combined parameter , the critical conditions for propane gas array fire to produce a fully fused flame, namely: ;A fully fused flame can be generated at lt;0.045, with the smallest difference between the simulated flame and the actual flame.The fusion flame produced by 2×2 gas array is quite different from the actual flame.It is recommended to use a 4×4 fire source.

Key Words：Multi-ignition fusion;Array of fire;Fire simulator;The source of a simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 多火源融合研究背景及意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 研究内容及目标 5

第2章 气火火源理论基础 6

2.1 引言 6

2.2 扩散火焰理论 6

2.3火羽流理论 7

2.3.1 理想火羽流理论 8

2.3.2 基于实验的经典羽流模型 8

2.3.2.1 Heskestad模型 8

2.3.2.2 McCaffrey模型 9

2.4 单火源研究理论 10

2.5 油池火的燃烧理论 10

2.6 火焰融合理论 11

第3章 多火源融合数值模拟 13

3.1引言 13

3.2油池火的热释放速率 13

3.3 油池火模型 14

3.4模拟验证 15

3.5火焰融合判据 16

3.6 大尺寸油池火验证 18

第4章 消防火源设计 21

4.1 引言 21

4.2 4×4丙烷气体阵列火火源设计 21

4.3 4×4丙烷气体阵列火数据验证 22

4.4 消防火灾模拟器的设计 23

4.4.1 燃烧器的设计 23

4.4.2 燃烧台的设计 24

4.4.3 实验装置的设计 25

4.4.4 重要部件 26

第5章 结论 28

参考文献 29

致谢 30

附录 31

第1章 绪论

1.1 引言

火是人类文明的起源，对人类至关重要。然而，当火失去控制后，它又是人们最大的灾害之一。火灾不仅会危害人们的生命财产安全，还会破坏人类赖以生存的环境^[1]。而发生火灾时，常常会有多个相邻近的火源被点燃。此时，火焰间会发生相互作用。当火焰燃烧时，它会吸引空气，相邻火引起的气流限制会产生压力梯度，使火焰从垂直方向偏转，直到在较小的间距时，它们最终合并^[2]。就好像可燃物相互接触时一起燃烧的现象，称为火焰融合现象。

1.2 对真火模拟技术研究的背景及意义

从有记载以来,火灾是发生频率最高,数量最多的自然灾害，也是造成损失最严重的灾害之一。频繁发生的火灾严重威胁了公众安全和社会发展。目前，我国的火灾事故正逐年上升。为了提高消防应急人员的灭火救援战斗力，《公安消防部队总队培训基地建设指导意见》、《消防培训基地训练设施建设标准》（GA/T 623-2006）和《消防训练基地建设标准》（建标190-2018）相继出台。各消防总队建立相应的培训基地。

《消防训练基地建设标准》对总队级和支队级训练基地的训练设施提出了设置要求。训练基地的训练设施包括战勤保障训练设施、灾害事故处置训练设施和体技能训练设施等，灾害事故处置训练设施又包括应急救援训练设施和火灾扑救训练设施^[3]。在进行火灾扑救的相关训练设施中，要求模拟的火源能够接近于真实的火源。为了消防灭火的训练，火源的热辐射强度、火焰形态、火焰功率等基本接近真实火灾，在保证演练人员安全的前提下，使的火灾演练的场景更加真实。油池火作为模拟火源效果最佳。然而，油池火具有以下缺陷：

1. 以液体燃料作为火源，油池火的产烟量都会非常大，这会造成极大的环境污染；
2. 液体燃料燃烧会发生闪燃、沸溢、喷溅等现象，这会对消防人员造成危险；
3. 油池火一旦燃烧起来，它的火势就难以控制，容易造成安全事故。

基于油池火的缺陷，本人选择以丙烷作为气体火源模拟油池火。它有以下优点：

1. 气体燃料会发生扩散燃烧，燃烧比较稳定，扩散火焰不运动，可燃气体与氧化剂气体的混合在可燃气体喷口进行，会发生完全燃烧，清洁而环保；
2. 火势受供气系统控制，可以随时调整火势大小甚至停止燃烧。十分安全；
3. 丙烷气体获取非常便利。

LPG丙烷，其热值为96.3MJ/m³，具有热值高、安全性好、清洁环保、获取便利等特点，既能比较好的模拟油池火的热辐射等特性，还能满足当今社会对环境保护的要求。因此，根据火焰融合原理设计丙烷气火燃烧器，获得比较真实的油池火灾场景，并运用数值仿真软件进行验证，为消防演练所用的火焰模拟设备的设计提供重要的参考依据，对保护人民生命财产安全，保护环境具有的重大意义。

1.3 国内外研究现状