在矿井巷谈、干冷地区公路纯正等高湿环境中， 环境相对湿度不错达到90%足下， 高湿环境会加重失火发展和烟气彭胀的复杂性和不笃定性:一方面， 高湿环境会促进失火烟气中炭黑粒子的生成， 进而增强烟气层对燃料名义和火焰的热辐射[1]; 另一方面， 高湿空气同期会减弱火焰对周围环境的热辐射、扼制燃料的热解和引燃[2-5].国表里学者围绕常压常温环境条款下失火发展能源学规矩进行了一定的权衡:Fay[6]沟通不同环境温度条款下火对周围空气的卷吸作用， 建造和发展了失火热辐射模子.Fuss等[7]领受窄带统计模子展望由大气中H2O与CO2衰减引起的失火辐射热的不笃定性， 罢了标明， 高湿空气约略裁汰火焰对环境的辐射热值.Tamanini[8]分析温度和相对湿度对大界限失火的开动增长流程的影响， 罢了标明， 空气中水蒸气不仅影响空气中氧气浓度， 也会影响碳质固体的平均含水率av 白虎，从而影响火势发展.Keshavarz等[9]对Fay的池火模子[6]进行了校阅， 以北极为例， 分析了清冷地区环境温度、地表反射率和水点冰粒对池火发展和热辐射强度的影响.Zhang等[10]讹诈执行和数值分析， 权衡了水雾与狭漫空间失火互相作用的传热学和能源学流程.

当今， 针对环境湿度对受限空间池火影响的执行权衡相对不及.本文搭建湿度截止环境条款下油池失火执行平台， 通过执行权衡， 分析不同环境湿度条款下燃料质地蚀本速度、池火火焰温度、上部热烟气层平均温度、火焰对周围环境的辐射热通量和大地给与到的热辐射、烟气浓度等的变化规矩.

1 受限空间池火热传递机制

燃料燃烧所开释的热量， 一部分被受限空间内干烟气(包括空气)和围护结构所招揽， 一部分通过启齿向外部环境消散， 一部分反应给燃料名义， 还有一部分用于加热和挥发环境空气中的水蒸气以及燃料燃烧生成的水蒸气.在火焰燃烧区的水蒸气将以显热和潜热的神气招揽热量， 显热指水蒸气加热升温招揽热量， 潜热指水蒸气加热至沸点后持续招揽热量并汽化.火源与周围环境之间的热均衡方程如下[11-12]:

(1)

式中:Qfire是燃料燃烧所开释的热量， kW; Qg指受限空间内干烟气所给与到的热量， kW; Qb指池火通过热辐射、热对流的神气向受限空间围护结构的散热量， kW; Qv指通过受限空间启齿消散的热量， kW; Qs指燃料名义给与到的热反应， kW; Qd指水蒸气升温与挥发流程所招揽的热量， kW， 其中包括加热燃料燃烧生成的水蒸气、卷吸的湿空气中水蒸气升温汽化以及水蒸气温度升高所招揽的热量， 具体见式(2)~式(7).

(2) (3) (4) (5) (6) (7)

式中:χ指燃烧热效果; Af指油池面积， m2; q″指燃料名义领受到的辐射热反应， kW; hvap指燃料挥发的气化潜热， kJ/kg; hc指燃料的热值， kJ/kg; ρg指空气密度， kg/m3; cp指空气的比定压热容， kJ/(kg·K); Tg指烟气温度， K; T0指空气开动温度， K; h1指烟气与围护结构名义对流传热扫数， kW/(m2·K); Tb指受限空间围护结构温度， K; αg指放射率; σ指斯特藩玻尔兹曼常数; Au指围护结构名义积， m2; Tfire指火焰温度， K; ug与u0别离指启齿处烟气流出与卷吸空气流入的速度， m/s; Ts指燃料名义温度， K; h2指火焰与燃料名义对流传热扫数， kW/(m2·K); F指火焰与燃料名义的无量纲热辐射视角因子; Г指辐射消光扫数; Ve， vap与Vg， vap别离指环境与烟气中水蒸气汽化速度， kg/s; cp， d指水蒸气的比定压热容， kJ/(kg·K); Tp指水的沸点， K; Lw指水的汽化潜热， kJ/kg; ρd指空气中水蒸气密度，kg/m3; Td指水蒸气升高后的温度， K.

由以上方程分析可知， 受环境湿度影响最显耀的别离为湿度对通过受限空间启齿消散的热量Qv、燃料名义给与到的热反应Qs与水蒸气升温与挥发流程所招揽的热量Qd三个部分.因此， 本文细心分析以上三者.

2 执行想象 2.1 执行装配

本执行以东北大学地下工程失火执行室单孔巷谈为原型， 按照1:2的比例尺搭建主体尺寸长宽高为3.6 m×1.2 m×1.4 m的受限空间执行模子， 壁面和顶板材料为1 mm厚镀锌钢板+30 mm厚岩棉保温层+1 mm厚镀锌钢板.模子左、右两头均启齿， 启齿尺寸为1.2 m×1.4 m.具体执行叮咛见图 1.执行模子自空间顶部100 mm以下， 共叮咛了10层(L-1~L-10)、5束直径1 mm的K型铠装热电偶(T-1~T-5).L-1~L-10层热电偶垂直间距为120 mm， L-1层热电偶距离顶棚最近; 热电偶树T-3位于火源油盆正上方， 用于测量火焰温度， 通过预执行本文领受L-9测点记载火焰最高温度.T-1至T-5热电偶树两两间距均为500 mm.模子中心点处摈弃直径为600 mm的铸铁燃料盘行为火源油盘.在距离火源中心0.6 m的两侧叮咛总热流计与辐射热流计， 距大地高度为0.4 m.在距离油盘中心0.6 m的足下两侧地板上安装了Garden热通量传感器以测量大地上给与到的总热流与辐射热流， 并配备水轮回冷却系统用以提供恒定温度.在油盘下方叮咛量程为31 kg的日本AND公司的GX-30K精密工业天平， 测量精度为0.1 g， 用以监测燃烧流程中燃料的质地蚀本速度.领受2台VARIO PLUS增强型烟气分析仪， 别离测量距离模子底部0.5 m以及1.0 m处两个测点处的O2和CO2含量.

图 1 执行叮咛图(mm) Fig.1 Experimental layout(mm) 2.2 执行要求

左证执行工况要求， 在室温条款下讹诈顶部4个流量为1.4 L/min、雾滴直径为50 μm的细水雾喷头退换模子内湿度， 在天平校准后向直径600 mm， 深度25 mm的铸铁燃烧盘中加入4 L体积分数98%的工业乙醇行为燃料， 用点武器将其引燃.本执行使用TSI7545空气质地检测仪测试模子内温度与湿度， 该仪器测试环境相对湿度时， 精度是±3.0%， 分辨率是0.1%RH; 该仪器测试温度时， 漏洞是±0.6 ℃， 分辨率0.1 ℃.本执行具体工况见表 1.由于执行模子内环境温度与湿度随时辰和空间动态变化， 因此本文将环境温度截止在±2 ℃， 相对湿度截止在±5%内， 属于漏洞允许范围内.

表 1 执行工况 Table 1 Test cases 3 执行罢了分析与贪图 3.1 环境湿度对燃烧速度的影响

不同环境湿度条款下乙醇池火燃料的质地蚀本速度见图 2.左证图 2， 在环境空气相对湿度为30%， 50%与70%工况下， 燃料的质地蚀本速度在60 s内均速即升高并参预燃烧隆盛阶段; 环境湿度达到90%时， 参预隆盛燃烧阶段所需的时长显耀加多至约240 s.环境相对湿度由30%逐渐接济至70%时， 隆盛阶段质地蚀本速度无赫然变化.环境湿度达到90%时， 湿度对乙醇燃烧的质地蚀本速度影响赫然， 隆盛燃烧阶段燃料的质地蚀本速度相较湿度50%的工况裁汰7%足下， 隆盛阶段抓续时辰延迟9%足下.网络图 3不同环境湿度下大地给与到的总热流的分析可见， 这是由于跟着环境湿度的加多， 空气中水蒸气与火焰传热机制增强， 使得式(1)中Qd加多， 从而形成燃料名义给与到的热反应Qs赫然减少， 左证式(2)分析可知， 燃料给与到的热反应裁汰， 使得燃料汽化率减小， 从而裁汰质地蚀本速度.

图 2 不同环境湿度下质地蚀本速度 Fig.2 Mass loss rate under different environmental humidities 图 3 不同环境湿度下大地给与到的总热流 Fig.3 Total heat flux received by the ground under different environmental humidities 3.2 环境湿度对火焰温度的影响

不同环境湿度条款下乙醇池火火焰的最高温度随时辰的变化见图 4.左证图 4可知， 跟着湿度的提高， 火焰最高温度出入不大; 当环境湿度达到90%时， 失火隆盛阶段抓续时辰增长赫然， 衰减阶段火焰最高温度下跌梯度变缓.网络图 5不同环境湿度下火焰根部隔邻氧气体积分数的分析可见， 其华夏因不错归结为湿度较高情况下燃料燃烧速度下跌， 受限空间内讧氧量小.

图 4 不同环境湿度下火焰最高温度 Fig.4 Maximum flame temperature under different environmental humidities 图 5 不同环境湿度下氧气体积分数 Fig.5 Oxygen concentration under different environmental humidities 3.3 环境湿度对上部热烟气层平均温度的影响

本文领受情景平均法求烟气层平均温度[13]， 不同环境湿度条款下池火上部热烟气层的平均温度随时辰的变化见图 6.左证图 6， 相对湿度由30%飞腾至70%时， 燃烧隆盛阶段烟气层平均温度变化不赫然， 此时水蒸气对烟气层的冷却作用不显耀.当湿度达到90%时， 空气中水蒸气对上部热烟气层有赫然扼制降温作用， 与工况2比较， 在燃烧隆盛阶段上部热烟气层平均温度下跌了9%足下.这是因为环境湿度高时， 受限空间内水蒸气升温汽化招揽的热量Qd加多， 从而裁汰了热烟气层温度.

巨乳探花 图 6 不同环境湿度下上部热烟气层平均温度 Fig.6 Average temperature of the upper hot smoke layer under different environmental humidities 3.4 环境湿度对热辐射的影响

图 7与图 8别离是不同湿度条款下， 火焰的热辐射与大地给与到的热辐射.

图 7 不同环境湿度下火焰热辐射 Fig.7 Radiation heat of flame under different environmental humidities 图 8 不同环境湿度下大地给与到的热辐射 Fig.8 Radiation heat received from the ground under different environmental humidities

对比两图可知， 湿度关于火焰热辐射值影响显耀， 环境湿度70%时火焰热辐射赫然小于相对湿度50%的工况2下跌20%.90%时火焰热辐射比较较相对湿度50%的工况2下跌约25%.

湿度关于大地给与到的热辐射的影响与对火焰热辐射影响不同.当湿度低于70%时， 大地给与到的热辐射区别不大， 湿度达到90%时大地给与到的热辐射比较较湿度50%的工况2下跌约20%.这可能是由于火焰的卷吸作用， 湿度较高情况下， 卷吸更多的冷空气(见图 5)， 减弱了高湿度条款下火焰的热辐射; 高湿度条款下火焰卷吸冷空气的同期， 形成燃烧的不充分及烟气中CO2下跌(见图 9)， 以及火焰向大地的歪斜， 使得大地隔贯串收到的热辐射的下跌变缓.需要夺方针是， 跟着湿度的加多， 烟气中CO体积分数的加多， 会形成烟气毒性的增大， 加重对失火中疏散东谈主员生命安全的禁绝.

图 9 不同环境湿度下二氧化碳体积分数 Fig.9 Carbon dioxide concentration at different environmental humidities 4 论断

1) 环境湿度小于70%时， 湿度关于受限空间池失火温度场以及大地领受到的热辐射的影响不显耀.

2) 当环境湿度达到90%足下时， 高湿空气会减弱火焰对周围环境的热辐射、扼制燃料的热解， 形成质地蚀本速度、火焰最高温度、火焰热辐射峰值均大幅下跌， 但燃烧隆盛阶段抓续时辰增长av 白虎， 失火抓续时辰也随之增长.常温环境中湿度减弱了失火的辐射热效应.但高湿条款下烟气中CO浓度加多， 使得烟气的毒性作用增强.

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13]