羽流与顶棚射流.pptx

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（1）火焰的振荡及频率火焰的平均高度火羽流的温度、速度分布特征特殊条件下的火羽流线形火羽流，墙边、墙角火羽流环境风作用下的火羽流,3,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流形成的物理过程,火羽流的基本结构,火羽流的基本结构连续火焰区间歇火焰区浮力羽流区,浮力羽流,间歇火焰,连续火焰,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,图2.2.2自然扩散火焰的结构,火羽流形成的物理过程,层流火焰与湍流火焰（Corlett,多孔燃烧器）燃烧床的直径小于0.01m时，产生的是层流火焰当燃烧床直径在0.030.3m范围内，床面上方中部存在可燃气体浓度很大的核当燃烧床的直径再增大时，火焰的脉动进一步加剧，可燃气核逐渐消失了,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,区域放大,火焰高度（m）,轮廓线上的数字代表可能性的百分率,水平位置（m）自然火焰内的燃烧强度分布,火羽流形成的物理过程,连续火焰区的燃烧强度,（Chitty,Cox,甲烷）强燃烧区50以上的时间存在火焰燃烧床边缘强烈燃烧床中心上方较短距离内基本没火焰,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,火焰的振荡现象,0.30.3,0.50.5,0.70.7,0.80.8,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,火焰的振荡现象,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,火焰振荡的物理机制火羽流与周围空气之间的边界层不稳定引起的高温作用下火焰面内的可燃气将会急剧膨胀，产生向外扩展的趋势同时周围受卷吸的空气也大幅度向中部流动在火焰气体上升过程中，上述影响造成的边界层不稳定使火焰面的扰动增大，容易诱发自内向外的旋转自然扩散火焰的振荡现象便是这种旋涡随羽流上升并发生燃烧的结果。

90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,火焰振荡的物理机制,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,间歇火焰的振荡频率泊斯特（Porsht）测定了酒精火焰振荡频率随燃烧盘直径的变化当燃烧表面积小于1m2时，多数火焰的振荡频率一般为38Hz。

Pagni模型：

Bejan模型：

（圆形油盘）,（矩形油盘）,Cetegan模型：

约为0.5,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,间歇火焰的振荡频率,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,平均火焰高度连续火焰区的亮度基本稳定而间歇火焰区的的亮度则呈现振荡性，定义I（z）为间歇性函数，表征火焰在高度z出现的概率它随着高度的增大而由恒定值1逐渐减小，最终变为0平均火焰高度是间歇性函数I（z）的值降为0.5时所对应的火焰高度,图1间歇性函数,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,平均火焰高度：

无量纲分析,动量,浮力,25,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,平均火焰高度：

经验模型火焰尖的高度：

定义为卷入的空气足以把可燃气体烧完的高度。

（Thomas）,Zukoski经验公式：

L=0.23Qc（L/D6）2/5Thomas经验公式:

L/D=（Qc/D5/2）0.61（3L/D10）Heskestad经验公式：

L=0.23Qc-1.02D（7Qc/D700）2/52/5,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,平均火焰高度：

经验模型,图2.2.7自然扩散火焰高度与释热速率的关系,燃烧器直径分界面高度,D,L,5/25/2,Q/D（kW/m）,L/D,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,火羽流温度场和速度场,速度场:

在同一水平高度呈现“帽状”分布；在连续火焰区随高度的增加而增加，在火焰上方的羽流区，随高度的增加而迅速降低。

90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,火羽流温度场和速度场,温度场:

在同一水平高度呈现与速度场相似的“帽状”分布；在连续火焰区基本不变，在火焰上方的羽流区，随高度的增加而迅速降低。

90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,火羽流温度场和速度场,羽流质量流量:

包括燃烧产物（占很小比例）和卷吸的空气量（占绝大比例），通常将燃烧产物对质量流量的贡献忽略，只考虑卷吸空气量。

羽流直径：

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面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,理想羽流理论假设：

所有的能量都是从某一点源释放的Boussinesq近似：

速度和温度在同一水平高度上一致（忽略“帽状”分布）羽流边缘处的水平卷吸速率与羽流的竖直上升速度呈正比,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,理想羽流理论质量连续方程：

羽流在竖直方向上质量的增加是由从外围卷吸的空气量贡献的基本方程：

90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,理想羽流理论动量方程：

羽流在某高度动量的变化是由在此高度上所受的热浮力引起的基本方程：

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面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,理想羽流理论联立求解结果（具体过程参见EnclosureFireDynamics）,基本方程：

设,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,虚点源,卷吸,卷吸,b,H,（a）（b）,Z点源Z=0虚点源Z0=1.5Af（火面积不大）（羽流与其垂直轴线约成15度的角度扩张）,（大火，Kung）,Z0=（1.3-0.003Qc）（4Af/）1/2Z0=0.083Qc-1.02D2/5,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,经典的经验羽流模型Zukoski模型,若：

则：

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面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,经典的经验羽流模型Heskestad模型两段式羽流模型考虑虚点源温度、速度水平方向高斯分布强浮力羽流Boussinesq近似不成立ZL:

ZL:

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面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,经典的经验羽流模型McCaffrey模型三段式羽流模型,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

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面对国家火灾安全的重大需求，,火羽流的物理特征参数及模型,源,经典的经验羽流模型Thomas模型火焰高度小于火源直径尤其是火焰高度大大小于火直径的情况下连续火焰区（近火源场）的火羽流质量流量与火源的热释放速率无关，而主LfD要与火源的直径以及高度Z相关,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,特殊条件下的火羽流,线形火羽流平均火焰高度,火羽流质量流率（B3A）当Lz5B,当z5B转为理想轴对称火羽流,Hasemi&Nishihata,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,特殊条件下的火羽流,墙边、墙角火羽流前面讨论的都是自由发展的火羽流在现实情况下，火灾或燃烧可能发生在靠近墙壁的地方典型特殊情况：

墙边（1/2象限受限）墙角（3/4象限受限）,特征：

火焰向壁面倾斜火焰高度增加卷吸量减少,卷吸,火羽流向竖直壁面的偏斜,特殊条件下的火羽流,墙边、墙角火羽流,自由轴对称火羽流,墙边火羽流,墙角火羽流,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,特殊条件下的火羽流,墙边、墙角火羽流Zukoski的近似处理方法,特殊条件下的火羽流,墙边、墙角火羽流Zukoski的近似处理方法条件：

火源必须紧贴墙壁Hansell的近似处理方法卷吸因子为火源的有效周长（不贴近墙壁部分）与火源的总周长的比值,对于方形油盘火Zukoski墙边：

卷吸因子为0.63墙角：

卷吸因子为0.4Hansell墙边：

卷吸因子为0.75墙角：

卷吸因子为0.5,Williamson的实验结果0.3m0.3m油盘距离墙壁5cm或10cm火焰不紧贴墙壁倾斜,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,特殊条件下的火羽流,环境风作用下的火羽流隧道火灾、开放空间火灾火羽流在水平风的作用下发生倾斜火焰不在火源的正上方仍可以分辨出连续火焰区和间歇火焰区火羽流迎风面的轮廓出现明显较大的漩涡和褶皱火羽流的背风面的轮廓则相对较为平滑不对称卷吸对火源的燃烧速率产生影响：

火焰对火源的加热效应发生改变，供氧发生改变,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,特殊条件下的火羽流,环境风作用下的火羽流风速对燃烧速率的影响J.A.R.Woods风洞实验,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,特殊条件下的火羽流,环境风作用下的火羽流风速对燃烧速率的影响,J.A.R.Woods风洞实验,矩形油盘：

长宽比的影响,对比：

圆形与方形,顶棚射流,建筑火灾安全工程学导论,39,顶棚射流,建筑火灾安全工程导论,顶棚射流的基本结构形式自由顶棚射流与受限顶棚射流羽流射流与火焰射流顶棚射流的温度和速度分布纵向风作用下的顶棚射流火焰顶棚射流,40,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,顶棚射流的基本结构形式,顶棚射流的基本结构形式,俯视图,水跃,侧面图,自由顶棚射流,受限顶棚射流,顶棚射流的基本结构形式,顶棚射流的基本结构形式,烟气顶棚射流,火焰顶棚射流,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,顶棚射流的基本结构形式,顶棚射流的基本结构形式,火灾探测器,挡烟垂壁,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,顶棚射流的温度和速度分布,自由顶棚射流,最高温度不贴近顶棚美国工厂组织联合实验室（FM）在离开羽流轴线的任意径向距离（r）处，竖直分布的温度最大值在顶棚之下的Y0.01H的区域内在Y0.125H区域内，温度急剧下降到环境值T0火源离开最近的垂直阻挡物的距离至少3H时，这种估计的近似程度相当好,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,顶棚射流的温度和速度分布,自由顶棚射流Alpert模型,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,顶棚射流的温度和速度分布,受限顶棚射流,侧壁受限,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,顶棚射流的温度和速度分布,受限顶棚射流,顶棚受限Delichatsios,KoslowskiandMotevalli,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,顶棚射流的温度和速度分布,受限顶棚射流,顶棚受限NIST，GlennP.Forney,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,纵向风作用下的顶棚射流,纵向风作用下的顶棚射流,上、下游温度分布的差异,火源,羽流撞击区,下游顶棚射流下游烟气层,上游顶棚射流烟气逆流,羽流,纵向风,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,纵向风作用下的顶棚射流,纵向风作用下的顶棚射流,热量积聚垂壁,纵向风与逆向顶棚射流相互作用，形成一个“虚拟集热效果”,热量积聚虚拟垂壁,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火焰顶棚射流,火焰的顶棚射流房间顶棚较低，火焰可蔓延较长距离Hinkley实验火焰特性与燃烧器表面到顶棚的距离和气体流率有密切关系存在向两侧翻转的漩涡烟气中的燃烧和竖直壁面的影响,虚火源,x,0,Lh,h,A,A,T1T2,火焰尖,（b）,（a）模拟走廊顶棚下方的火焰传播,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火焰顶棚射流,火焰的顶棚射流贫燃料燃烧最高温度离顶棚较近水平火焰长度有限,烟气温度（）,1000,800,600,400,200,0,0.10.20.30.4自顶棚垂直向下的距离（m）走廊顶棚下的垂直温度分布,0.5,富燃料燃烧最高温度离顶棚较远火焰面出现在射流层的下边界处贫燃料富燃料实心号r=2m空心号r=5m,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

面对国家火灾安全的重大需求，,火焰顶棚射流,火焰的顶棚射流水平火焰射流长度Hinkley模型,You&Faeth模型,rf=0.95（LH）,Heskestad模型,90年代我国两起一次死亡300人以上的建筑火灾，世界罕见。

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