Phân phối xác suất của sự hợp nhất dòng chảy do hai ngọn lửa khuếch tán hỗn loạn không bằng nhau của propane

Springer Science and Business Media LLC - Tập 57 - Trang 876-886 - 2022
H. X. Wan1, X. Y. Liu1, Y. C. Zhang1
1Department of Fire Protection Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, China

Tóm tắt

Lửa khuếch tán nổi là một trong những hình thức phát thải không mong muốn chính. Những đám cháy nguy hiểm trong các tai nạn công nghiệp gây ra nhiều tổn thất về người và thiệt hại cho môi trường thường đi kèm với việc đốt cháy nhiều ngọn lửa khuếch tán. Để tránh và giảm thiệt hại cũng như kiểm soát việc giải phóng năng lượng, nỗ lực đang được thực hiện để đánh giá nguy cơ cháy của nhiều đám cháy. Bài báo này trình bày một nghiên cứu thực nghiệm về tiêu chí hợp nhất và tương tác của hai ngọn lửa khí propane không bằng nhau. Kích thước của hai thiết bị đốt hình vuông là khác nhau và được cố định ở 10 và 15 cm. Tốc độ giải phóng nhiệt của mỗi thiết bị đốt dao động từ 10.8 đến 64.8 kW và khoảng cách giữa các thiết bị đốt thay đổi từ 0 cm đến 60 cm. Kết quả cho thấy rằng khi khoảng cách tăng lên, sự tương tác của hai ngọn lửa không bằng nhau thể hiện các trạng thái hợp nhất hoàn toàn, hợp nhất gián đoạn và không hợp nhất. Chiều cao ngọn lửa và góc nghiêng của hai ngọn lửa là khác nhau do sự hút không khí không đối xứng. Xác suất hợp nhất ngọn lửa dựa trên hình dạng ngọn lửa thống kê được đề xuất để xác định mức độ hợp nhất ngọn lửa. Dựa trên phương pháp phân tích kích thước, một mô hình cho xác suất hợp nhất ngọn lửa được đề xuất, cho thấy rằng khoảng cách có ảnh hưởng lớn nhất đến việc hợp nhất ngọn lửa, tiếp theo là tốc độ giải phóng nhiệt của các thiết bị đốt. Theo mô hình đề xuất, khoảng cách an toàn giữa hai chất đốt rời có thể được ước lượng, điều này giúp lên kế hoạch bố trí và khoảng cách giữa các loại nhiên liệu rời.

Từ khóa

#lửa khuếch tán #xác suất hợp nhất ngọn lửa #propane #tai nạn công nghiệp #nghiên cứu thực nghiệm

Tài liệu tham khảo

Kuznetsov, V.R. and Frost, V.A., Concentration probability distribution and intermittence in turbulent jets, Fluid Dyn., 1973, vol. 8, pp. 223–228. Kuznetsov, V.R., Lebedev, A.B., Sekundov, A.N., and Smirnova, I.P., Calculation of a turbulent diffusion combustion flame core, taking account of concentration pulsations and archimedean forces, Fluid Dyn., 1977, vol. 12, pp. 24–33. Efimov, B.G., Ivanov, V.V., Skvortsov, V.V., and Starodubtsev, M.A., Stabilization of propane combustion in a supersonic air flow using a nonequilibrium longitudinal discharge and a coaxial local low-pressure zone, Fluid Dyn., 2010, vol. 45, pp. 638–646. Lemanov, V.V., Lukashov, V.V., and Sharov, K.A., Transition to turbulence through intermittence in inert and reacting jets, Fluid Dyn., 2020, vol. 55, pp. 768–777. You, H.Z. and Faeth, G.M., Buoyant axisymmetric turbulent diffusion flames in still air, Combust. Flame, 1982, vol. 44, nos. 1–3, pp. 261–275. Ghasemi, A.M. and Nourai, F., A framework for minimizing domino effect through optimum spacing of storage tanks to serve in land use planning risk assessments, Safety Sci., 2017, vol. 97, pp. 20–26. Hou, S.S., Ko, Y.C., and Lin, T.H., Study on incineration technology of oil gas generated during the recovery process of oil spill, Energy Convers. Manage., 2011, vol. 52, no. 3, pp. 1662–1668. Vali, A., Nobes, D.S., and Kostiuk, L.W., Effects of altering the liquid phase boundary conditions of methanol pool fires, Exp. Therm. Fluid Sci., 2013, vol. 44, pp. 786–791. Vasanth, S., Tauseef, S.M., Abbasi, T., and Abbasi, S.A., Multiple pool fires: Occurrence, simulation, modeling and management, J. Loss Prevent. Proc., 2014, vol. 29, pp. 103–121. Vali, A., Nobes, D.S., and Kostiuk, L.W., Characterization of flow field within the liquid phase of a small pool fire using particle image velocimetry technique, Exp.Therm. Fluid Sci., 2016, vol. 75, pp. 228–234. He, P.X., Wang, P., Wang, K., Liu, X.P., Wang, C.M., Tao, C.F., and Liu, Y.Q., The evolution of flame height and air flow for double rectangular pool fires, Fuel, 2019, vol. 237, pp. 486–493. Wan, H.X., Yu, L.X., and Ji, J., Quantitative analysis of the influence of air entrainment restriction degree on burning characteristics of two parallel rectangular pool fires in still air, Fire Technol., 2021, vol. 57, pp. 1149–1165. Thomas, P.H., Baldwin, R., and Heselden, A.J.M., Buoyant diffusion flames: some measurements of air entrainment, heat transfer, and flame merging, Symp. (Int.) Combust., 1965, vol. 10, no. 1, pp. 983–996. Kamikawa, D., Weng, W.G., Kagiya, K., Fukuda, Y., Mase, R., and Hasemi, Y., Experimental study of merged flames from multifire sources in propane and wood crib burners, Combust. Flame, 2005, vol. 142, nos. 1–2, pp. 17–23. Vincent, J. and Gollahalli, S., An experimental study of the interaction of multiple liquid pool fires, J. Energy Resour. Technol., 1995, vol. 117, no. 1, pp. 37–42. Baldwin, R., Flame merging in multiple fires, Combust. Flame, 1968, vol. 12, no. 4, pp. 318–324. Huffman, K.G., Welker, J.R., and Sliepcevich, C.M., Interaction effects of multiple pool fires, Fire Technol., 1969, vol. 5, pp. 225–232. Wood, B.D., Blackshear, P.L., and Eckert, E.R.G., Mass fire model: an experimental study of the heat transfer to liquid fuel burning from a sand-filled pan burner, Combust. Sci. Technol., 1971, vol. 4, no. 1, pp. 113–129. Sugawa, O. and Takahashi, W., Flame height behavior from multi-fire sources, Fire Mater., 1993, vol. 17, no. 3, pp. 111–117. Liu, N.A., Liu, Q., Deng, Z.H., Kohyu, S., and Zhu, J.P., Burn-out time data analysis on interaction effects among multiple fires in fire arrays, Proc. Combust. Inst. 2007, vol. 31, no. 2, pp. 2589–2597. Delichatsios, M.A., A Correlation for the flame height in “Group” fires, Fire Sci. Technol., 2007, vol. 26, no. 1, pp. 1–8. Wan, H.X., Ji, J., Li, K.Y., Huang, X.Y., Sun, J.H., and Zhang, Y.M., Effect of air entrainment on the height of buoyant turbulent diffusion flames for two fires in open space, Proc. Combust. Inst., 2017, vol. 36, no. 2, pp. 3003–3010. Yu, L.X., Wan, H.X., Gao, Z.H., and Ji, J., Study on flame merging behavior and air entrainment restriction of multiple fires, Energy, 2021, vol. 218, p. 119470. Ge, F.L., Simeoni, A., Ji, J., and Wan, H.X., Experimental study on the evolution of heat feedback in multiple pool fires, Proc. Combust. Inst., 2021, vol. 38, no. 3, pp. 4887–4895. Schälike, S., Mishra, K.B., Wehrstedt, K., and Schönbucher, A., Limiting distances for flame merging of multiple n-heptane and di-tert-butyl peroxide pool fires, Chem. Eng. Trand., 2013, vol. 32, pp. 121–126. Liu, N.A., Zhang, S.J., Luo, X.S., Lei, J., Chen, H.X., Xie, X.D., Zhang, L.H., and Tu, R., Interaction of two parallel rectangular fires, Proc. Combust. Inst., 2019, vol. 37, pp. 3833–3841. Tao, C.F., Ye, Q.P., Wei, J.J., Shi, Q., and Tang, F., Experimental study on flame‒flame interaction and its merging features induced by double rectangular propane diffusion burners with various aspect ratios, Combust. Sci. Technol., 2019, vol. 191, no. 8, pp. 1373–1386. Wang, C.J., Guo, J., Ding, Y.M., Wen, J., and Lu, S.X., Burning rate of merged pool fire on the hollow square tray, J. Hazard. Mater., 2015, vol. 290, pp. 78–86. Li, B., Wan, H.X., Gao, Z.H., and Ji, J., Experimental study on the characteristics of flame merging and tilt angle from twin propane burners under cross wind, Energy, 2019, vol. 174, pp. 1200–1209. Wan, H.X., Yu, L.X., and Ji, J., Experimental study on mass burning rate and heat feedback mechanism of pair of unequal circular pool fires of heptane, Proc. Combust. Inst., 2021, vol. 38, no. 3, pp. 4953–4961. Ji, J., Wang, C., and Yu, L.X., Physical models of flame height and air entrainment of two adjacent buoyant turbulent jet non-premixed flames with different heat release rates, Proc. Combust. Inst., 2021, vol. 38, no. 3, pp. 4907–4916. Wang, Z., Yu, L.X., and Ji, J., Numerical investigation on the asymmetric flow characteristics of two popane fires of unequal heat release rate in open space, Fire Technol., 2021, vol. 57, pp. 2181–2203. Cetegen, B.M. and Ahmed, T.A., Experiments on the periodic instability of buoyant plumes and pool fires, Combust. Flame, 1993, vol. 93, nos. 1–2, pp. 157–184. Wang, J.W., Fang, J., Lin, S.B., Guan, J.F., Zhang, Y.M., and Wang, J.J., Tilt angle of turbulent jet diffusion flame in crossflow and a global correlation with momentum flux ratio, Proc. Combust. Inst., 2017, vol. 36, no. 2, pp. 2979–2986. Ostu, N., A threshold selection method from gray-level histogram IEEE transactions on systems, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. 1979, vol. 9, no. 1, pp. 62–66. Lu, K.H., Hu, L.H., Delichatsios, M., Tang, F., Qiu, Z.W., and He, L.H., Merging behavior of facade flames ejected from two windows of an under-ventilated compartment fire, Proc. Combust. Inst., 2015, vol. 35, no. 3, pp. 2615–2622. Quintiere, J.G., Scaling applications in fire research, Fire Safety J., 1989, vol. 15, pp. 3–29. Emori, R. and Saito, K., A study of scaling laws in pool and crib fires, Combust. Sci. Technol., 1983, vol. 31, nos. 5–6, pp. 217–231. Thomas, P.H., Dimensional analysis: a magic art in fire research, Fire Safety J., 2000, vol. 34, no. 2, pp. 111–141. Nelson, R.M. and Adkins, C.W., A dimensionless correlation for the spread of wind-driven fires, Can. J. Forest Res., 1988, vol. 18, pp. 391–397. Zhang, X.L., Hu, L.H., Wu, L., and Kostiuk, L.W., Flame radiation emission from pool fires under the influence of cross airflow and ambient pressure, Combust. Flame, 2019, vol. 202, pp. 243–251. Wang, P.F., Liu, N.A., Zhang, L.H., Bai, Y.L., and Satoh, K., Fire whirl experimental facility with no enclosure of solid walls: design and validation, Fire Technol., 2015, vol. 51, pp. 951–969. Gao, Z.H., Ji, J., Wan, H.X., Li, K.Y., and Sun, J.H., An investigation of the detailed flame shape and flame length under the ceiling of a channel, Proc. Combust. Inst., 2015, vol. 35, no. 3, pp. 2657–2664. Yang, S.C., Han, P., Su, S., Zhang, N.S., and Ren, W., Study on surface work hardening of titanium alloy milled by micro-textured ball milling cutter, Int. J. Adv. Manuf. Tech., 2011, vol. 112, pp. 2497–2508.