多侧受限边界对水平喷射火温度特性的影响研究.pdf

1、消防科学与技术2023年 9 月第 42 卷第 9 期消防理论研究多侧受限边界对水平喷射火温度特性的影响研究黄有波,汪彬,董炳燕,刘茜（重庆科技学院 安全工程学院，重庆 401331）摘要：为探明受限空间内喷射火撞击邻近建筑物后火羽流的温度场特征，采用试验研究双侧和三侧受限边界下喷射火温度分布特征。结果表明：障碍物壁面温度明显受障碍物限制形式、孔-板间距、泄漏速率影响；当两侧障碍物距离较小时，阻挡喷射火横向扩散。孔-板间距较小时，双侧障碍物限制下高温区位于壁面中心，厚度较小；泄漏速率增大，三侧障碍物限制下的火焰高度明显高于双侧障碍物内火焰，并且受限区温度更高。孔-板间距增加，高温区向上移，温度

2、与泄漏速率成正比，温升区面积增大，但温升减小，并且多侧障碍物设置会影响高温区移动。关键词：喷射火；障碍物；温度；孔-板间距中图分类号：X913.4；TK16 文献标志码：A 文章编号：1009-0029（2023）09-1205-05因腐蚀、应力破坏等易导致管道开裂，引发气体泄漏扩散，遇到意外火源可能导致火灾、爆炸事故。喷射火是燃气泄漏后主要事故之一，据统计，燃气喷射火事故发生概率占总事故的 50%，并容易引发多米诺效应，引发二次事故1。城市建筑密集区或化工厂，一旦发生燃气喷射火，火焰可能受到多面障碍物的阻挡，形成受限火焰，破坏周围设施设备及建筑物，造成人员严重伤亡。因此，为防止此类事故发生以

3、及减少事故损失，需要对多侧壁限制下的喷射火特性进行研究。当前部分学者研究垂直喷射火，包括火焰长度2-3、温度4、热辐射通量5-6。LU H Y 等7研究垂直向下湍流射流火焰的几何特征，提出了考虑初始向下体积动量、火焰浮力和完全燃烧的空气卷吸物理模型。相较于垂直喷射火，水平喷射火更易撞击邻近目标物引发多米诺效应8。WANG Z R 等9研究了喷嘴倾角、直径对合成气喷射火焰特性的影响。LV J 等10研究不同大气压下水平喷射火的投影长度和垂直高度，提出了归一化模型。PRAVEEN V 等11通过 FDS 研究射流火焰长度和火焰面积，发现低压环境会导致更高的喷射火焰边界。喷射火研究不仅要关注喷射方向

4、，还要关注喷射火外部边界条件。化工储罐与城市管道周围通常存在障碍物阻挡火焰蔓延，ZHOU K 等12试验研究坑内喷射火，提出了火焰长度、宽度和热辐射通量的关系模型。WANG C 等13通过试验研究，提出了水平射流火焰撞击壁面的火焰尺寸模型。WANG Z H14等研究发现，温度曲线沿垂直板向上和向下的方向上有很大差异，提出以烟羽半径作为特征尺度的温度预测模型。以上研究聚焦于单侧边界受限，多侧受限空间内的喷射火研究仍较少，HU L H 等15研究了垂直火羽流受双侧壁限制的燃烧行为；TAO C F等16研究了垂直火羽流受三侧竖直壁面的限制行为，但对多侧受限边界限制的水平喷射火研究较少报道。笔者采用试

5、验研究双侧和单侧障碍物，以不同障碍物设置、障碍物与泄漏口的距离（孔-板间距）以及泄漏速率为研究对象，分析不同置障工况下的火焰温度特征变化，以期为喷射火事故预防和控制提供理论和技术指导。1试验装置为研究多侧受限边界对水平喷射火温度特性的影响，设计并搭建试验装置，如图 1 所示。试验装置包含 1个燃料储罐、减压阀、流量计、阻火器、燃料喷口（4 mm4 mm）和摄像机，耐热石英玻璃模拟面墙和侧墙尺寸为500 mm500 mm，放置在喷射口正前方以及两侧，燃料为丙烷。以 1 L/min的间隔在 16 L/min设置 6个流速。相应的燃料喷射速度范围为 16 m/s。喷嘴与障碍物间距值设置为 d=5、1

6、0、15 cm，两侧障碍物距离设置为 5、20 cm，以确保水平喷射火焰发展出不同的形态。15只 K型热电偶（直径 1 mm，检测范围 1001 500）均匀布置，用于测量火焰温度。沿水平喷嘴中心线安装了 5 个热电偶束，每个热电偶束中有 3只热电偶。热电偶之间的水平距离为 5 cm，垂直距离为 10 cm。最远的热电偶束沿正对的墙面放置。最低的热电偶放置在喷嘴上方 8 cm 处，见图 1。摄像机从侧面和正前方记录了火焰形态，每个试验持续 3 min以上，为确保其稳定性，最后的结果取平均值，实验室温度约为 20 C。2结果分析泄漏口为 4 mm4 mm，点火后形成水平喷射火焰。根据孔-板间距和

7、燃料初始泄漏速率，燃料可能不完全燃烧并形成沿壁面蔓延的火焰，初始动量、空气浮力和壁阻力具有复杂的相互作用，共同影响射流火焰温度。由于喷射火焰形态受湍流影响，存在一定的脉动及温度变化，本文所有数据均为火焰稳定发展时间内的平均温度。2.1两侧障碍物距离对喷射火焰温度影响分析两侧障碍物设置下，随喷射速率增加，可燃气体质量流量增大，喷射火燃烧产生的总热值变大，壁面温度与喷射速率成正比，但温差逐渐减小。障碍物距喷射口 15 基金项目：火灾科学国家重点实验室开放基金（HZ2023-KF07）；重庆科技学院研究生创新计划项目（YKJCX2220702）1205Fire Science and Technol

8、ogy,September 2023,Vol.42,No.9cm，不同喷射速率下温度随两侧障碍物不同距离（s）设置下温度变化趋势如图 2所示。两侧障碍物距离较小时，喷射速率增加，羽流初动能增强，撞击壁面后动量逐渐增大。由于存在两侧障碍物，火羽流撞击垂直障碍物后，无法沿两侧扩散卷吸空气，温度难以扩散换热，导致中心区域温度偏高，最高平均温度为 896，羽流受浮力和动量双重驱动，上升高度增加，但水平方向温度扩散得到有效限制。两侧障碍物距离较大时，随着喷射速率增加，火羽流撞击垂直障碍物后，沿两侧扩散卷吸空气达到充分燃烧，扩散区域变宽，两侧障碍物限制作用减弱。同时，羽流与两侧的空气接触面积不受限制，相互

9、卷吸使燃气与空气充分混合，使燃烧更充分，羽流向两侧扩散以及被拉伸，导致壁面中间区域温度相对于 s=5 cm 时较低，最高平均温度为 739。当 s=20 cm，障碍物对羽流的影响作用可以忽略。因此，本文取 s=5 cm，分析其对喷射火温度特性的影响。2.2障碍物与喷射孔距离对温度的影响固定双侧和单侧（右）障碍物距离为 5 cm，改变前方障碍物与喷射口的距离（d），分别为 5、10、15 cm。分析稳定燃烧阶段壁面高度（h）为 0、10、20 cm 处的温度变化，不同边界和泄漏速率变化对温度的影响。2.2.1前方垂直壁面温度分布喷射火撞击垂直障碍物后，壁面平均温度随泄漏速率增加的变化规律如图 3

10、 所示（单侧图（a）（c）、双侧图（d）（f）。随泄漏速率增加，不同边界条件和不同孔-板间距下，壁面温度先迅速上升，后趋于平缓。由于气体泄漏速率增加，可燃气体与空气之间的预混距离变长，导致温度变化平缓。壁面高度 10 cm 处温度普遍最高，0 cm 和20 cm 处温差较小，羽流在撞击壁面之前由于空气浮力已向上抬升，中心位置高于泄漏孔高度，所以高温区域位于h=10 cm 处，为火焰中心位置。孔-板间距较小，d=5 cm时，单侧障碍物设置下在h=0 cm 处温度最低，在 h=10 cm 处温度最高，如图 3（a）所示。泄漏速率增加，羽流撞击壁面后动量更大，羽流沿无障碍物阻挡一侧扩散区域更宽，并卷

11、吸空气达到充分燃烧，高温区向上移动。双侧障碍物设置下 h=0 cm 处的温度反而最高，最高温度 963.2，如图 3（d）所示。由于孔-板间距过小，火羽流受空气浮力影响较小，火焰轻微抬升后直接撞击壁面，导致高温区下移。泄漏速率增加，在 h=0 cm 处火焰充分减压阀丙烷气瓶流量计金属管道阻火器软管喷嘴可旋转固定器摄像机热电偶布置摄像机侧壁4 mm4 mm0.5 m0.5 m0.5 m前壁0.05 m0.1 m0.2 m0 m0.1 m0.2 m图 1试验装置示意图Fig.1Experimental setup diagram泄漏速率/m/s（a）s=5 cm1 2 3 4 5 6高度/cm20

12、100温度/898.0790.5683.0575.5468.0360.5253.0145.538.00泄漏速率/m/s（b）s=20 cm1 2 3 4 5 6高度/cm20100898.0790.5683.0575.5468.0360.5253.0145.538.00温度/图 2两侧障碍物不同距离下温度分布Fig.2Temperature distribution under different distances of obstacles on both sides燃烧，撞击壁面后蔓延高度增加，沿垂直壁面向上的浮力和火焰动量作用方向相同，但由于两侧障碍物的阻挡作用，在 h=1020 cm

13、阶段，羽流无法持续卷吸空气，导致可燃气体未充分燃烧，大量未燃烧丙烷沿壁面向上快速上升，导致更大的羽流延伸高度，h=10 cm 处羽流温度降低。火焰蔓延出障碍物后，羽流接触空气充分燃烧，羽流抬升高度相较于单侧障碍物大幅度升高，并远超障碍物高度。孔-板间距较大，羽流传播过程中受空气摩擦力及浮力影响更大，使其向上抬升，高温区位于 h=10 cm。当泄漏速率较小，羽流动量和浮力垂直，动量不足以导致火焰附着在壁面上，温度最低为 39。泄漏速率增加，火焰沿壁面延伸高度与泄漏速率成正比，羽流撞击壁面后动量更大。不同泄漏速率下，壁面温度随孔-板间距增大逐渐降低，但同一位置温度与流速成正比。单侧障碍物下壁面温度

14、始终低于双侧障碍物，由于单侧障碍物下可燃气体从泄漏孔喷出与空气发生卷吸，孔-板间距越大，不受限制一侧卷吸空气速率越大，羽流扩散面积越宽，导致中心区域温度降低。双侧障碍物下，受限边界致使羽流卷吸作用减弱，高温区无法扩散，导致壁面温度高于单侧障碍物。两侧障碍物能有效减缓喷射火焰撞击前方壁面后的扩散行为，但火羽流抬升高度大幅增加。图 4 为不同受限边界下，高度 10 cm 处壁面平均温度。在不同泄漏速率下，双侧障碍物下的平均温度均高于单侧障碍物。其原因为双侧障碍物阻挡了火羽流向水平方向扩散，热量损失减少，温度高于单侧障碍物。在泄漏速率 5 m/s 时温度下降，因为泄漏速率增大，羽流卷吸受限，大量未燃

15、烧的燃料撞击面墙，被带到更高的位置，导致 h=10 cm 处温度降低。而单侧障碍物设置下，燃烧过程中消耗氧气造成卷吸对流，非燃烧区域内有大量高温空气和水汽流入，扩大了高温区域，但温度降低。因此，两侧障碍物设置可以有效抑制喷射火高温区域的扩大，但高温区温升增加。两侧障碍物合理的距离设置可以有效防止火焰横向扩散，但要注意高温区温升以及火焰抬升高度的增加。2.2.2纵向温度分布图 5 为泄漏速率 6 m/s 时水平喷射火撞击垂直障碍物纵向温度云图，孔-板间距分别为 5、10、15 cm。当孔-板间距较小（5 cm）时，单侧和双侧障碍物下，纵向温度变化趋势相同，高温区位于 h=0 cm 处，厚度较小，

16、双侧障碍物壁面温度高于单侧障碍物。孔-板间距增加、泄漏速率一定时，燃料拥有相同动量，孔-板间距越大，可燃气体与泄漏速率/m/s（a）d=5 cm，单侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/0 cm10 cm20 cm泄漏速率/m/s（b）d=10 cm，单侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/泄漏速率/m/s（c）d=15 cm，单侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/0 cm10 cm20 cm0 cm10 cm20 cm

17、泄漏速率/m/s（f）d=15 cm，双侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/泄漏速率/m/s（d）d=5 cm，双侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/泄漏速率/m/s（e）d=10 cm，双侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/0 cm10 cm20 cm0 cm10 cm20 cm0 cm10 cm20 cm图 3障碍物限制下壁面温度变化规律Fig.3Wall temperature variation law un

18、der obstacle constraints泄漏速率/m/s1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/单侧双侧图 4不同受限边界下壁面平均温度Fig.4Average temperature of wall surface under different restricted boundaries1206消防科学与技术2023年 9 月第 42 卷第 9 期燃烧，撞击壁面后蔓延高度增加，沿垂直壁面向上的浮力和火焰动量作用方向相同，但由于两侧障碍物的阻挡作用，在 h=1020 cm 阶段，羽流无法持续卷吸空气，导致可燃气体未充分燃烧，大量未

19、燃烧丙烷沿壁面向上快速上升，导致更大的羽流延伸高度，h=10 cm 处羽流温度降低。火焰蔓延出障碍物后，羽流接触空气充分燃烧，羽流抬升高度相较于单侧障碍物大幅度升高，并远超障碍物高度。孔-板间距较大，羽流传播过程中受空气摩擦力及浮力影响更大，使其向上抬升，高温区位于 h=10 cm。当泄漏速率较小，羽流动量和浮力垂直，动量不足以导致火焰附着在壁面上，温度最低为 39。泄漏速率增加，火焰沿壁面延伸高度与泄漏速率成正比，羽流撞击壁面后动量更大。不同泄漏速率下，壁面温度随孔-板间距增大逐渐降低，但同一位置温度与流速成正比。单侧障碍物下壁面温度始终低于双侧障碍物，由于单侧障碍物下可燃气体从泄漏孔喷出与

20、空气发生卷吸，孔-板间距越大，不受限制一侧卷吸空气速率越大，羽流扩散面积越宽，导致中心区域温度降低。双侧障碍物下，受限边界致使羽流卷吸作用减弱，高温区无法扩散，导致壁面温度高于单侧障碍物。两侧障碍物能有效减缓喷射火焰撞击前方壁面后的扩散行为，但火羽流抬升高度大幅增加。图 4 为不同受限边界下，高度 10 cm 处壁面平均温度。在不同泄漏速率下，双侧障碍物下的平均温度均高于单侧障碍物。其原因为双侧障碍物阻挡了火羽流向水平方向扩散，热量损失减少，温度高于单侧障碍物。在泄漏速率 5 m/s 时温度下降，因为泄漏速率增大，羽流卷吸受限，大量未燃烧的燃料撞击面墙，被带到更高的位置，导致 h=10 cm

21、处温度降低。而单侧障碍物设置下，燃烧过程中消耗氧气造成卷吸对流，非燃烧区域内有大量高温空气和水汽流入，扩大了高温区域，但温度降低。因此，两侧障碍物设置可以有效抑制喷射火高温区域的扩大，但高温区温升增加。两侧障碍物合理的距离设置可以有效防止火焰横向扩散，但要注意高温区温升以及火焰抬升高度的增加。2.2.2纵向温度分布图 5 为泄漏速率 6 m/s 时水平喷射火撞击垂直障碍物纵向温度云图，孔-板间距分别为 5、10、15 cm。当孔-板间距较小（5 cm）时，单侧和双侧障碍物下，纵向温度变化趋势相同，高温区位于 h=0 cm 处，厚度较小，双侧障碍物壁面温度高于单侧障碍物。孔-板间距增加、泄漏速率

22、一定时，燃料拥有相同动量，孔-板间距越大，可燃气体与泄漏速率/m/s（a）d=5 cm，单侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/0 cm10 cm20 cm泄漏速率/m/s（b）d=10 cm，单侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/泄漏速率/m/s（c）d=15 cm，单侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/0 cm10 cm20 cm0 cm10 cm20 cm泄漏速率/m/s（f）d=15 cm，双侧1 2 3 4

23、5 61 0009008007006005004003002001000温度/泄漏速率/m/s（d）d=5 cm，双侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/泄漏速率/m/s（e）d=10 cm，双侧1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/0 cm10 cm20 cm0 cm10 cm20 cm0 cm10 cm20 cm图 3障碍物限制下壁面温度变化规律Fig.3Wall temperature variation law under obstacle constraints泄漏速率/

24、m/s1 2 3 4 5 61 0009008007006005004003002001000温度/单侧双侧图 4不同受限边界下壁面平均温度Fig.4Average temperature of wall surface under different restricted boundaries1207Fire Science and Technology,September 2023,Vol.42,No.9空气接触面积越大，此时可燃气体在撞击到前方障碍物墙面时已充分燃烧达到最高温度，高温区面积增大。单侧障碍物温升区在 h=05 cm，与孔-板间距 5 cm 时温度变化趋势相同。双侧障碍物设置

25、下，温升区位于 h=010 cm，由于两侧障碍阻挡了羽流向两侧传播，导致羽流向上蔓延时向孔板区域轻微扩散，但 d=5 cm 处温度均远高于单侧障碍物，并且最高温度相较单侧障碍物增加。因为孔-板间距增加，双侧障碍物有效减弱火焰卷吸扩散，导致 d=5 cm 温度突增。孔-板间距较大，高温区均位于 h=10 cm 处。双侧障碍物下，d=15 cm 时，高温区面积大于单侧障碍物下。因两侧障碍物的阻挡作用，羽流无法向外扩散，随着气体泄漏速率的增加，壁面高温区在竖直高度逐渐扩大，最高温度达到 901.3 ，高于单侧8.7%，且在 d=5 cm 处，双侧障碍物下最大温度高于单侧障碍物 58.3%。说明随着孔

26、-板间距的增加，双侧障碍物下，高温区会影响孔板中心位置温度变化，但单侧障碍物下，由于卷吸作用其温度低于双侧条件。以上研究表明，多侧障碍物设置会影响火焰高温区移动，孔-板间距越大，高温区向上移动趋势越大，且双侧障碍物会加快高温区向上偏移，孔-板间距内温度更高。图 6 为单侧、双侧障碍物作用下，火焰撞击前方 d=15 cm 障碍物后火焰形态演化过程。垂直壁面温度变化主要受水平射流火焰末端向上蔓延及向上浮力作用，撞击火焰绝大部分沿垂直壁面向上蔓延，在泄漏孔水平投影中心以上方向，而向上的浮力也降低了燃料向下流动的速度。在碰撞区域以下，喷射火焰末端撞击壁面后，动量和浮力方向相反，燃烧变得更加复杂。由于多

27、侧壁面的限制导致空气卷吸不对称，大量未燃烧燃料聚集在底部，使得火焰变宽，壁面底部出现垂直壁面向外弯曲运动的火焰涡旋。在泄漏孔中心水平投影位置下方区域，向上的浮力和向下的火焰动量作用方向相反，当惯性力与向上的浮力达到平衡时，火焰不再向下蔓延。单侧障碍物下，左侧火焰卷吸空气蔓延区域逐渐增大，高温区增大，见图 6（a）。双侧障碍物下，水平射流火焰沿壁面蔓延，但由于两侧障碍物阻挡无法横向扩散，火焰蔓延形态逐渐形成封闭的“U”形。在泄漏孔中心水平投影位置上方区域，沿垂直壁面向上的浮力和火焰动量的作用方向相同，导致大量未燃烧丙烷沿壁面快速上升，促进了水平射流火焰向上蔓延，高度大幅增加，这与上一节分析结果一

28、致，见图 6（b）。3结 论通过试验研究受限边界对水平喷射火温度特征的影响，分析不同泄漏速率及不同孔-板间距下的燃气喷射火特性，本次试验所得结论如下：（1）两侧障碍物距离较小（5 cm）时，障碍物对喷射火横向扩散的阻挡作用明显，平均温度为 896。距离较大（20 cm）对喷射火几乎没有限制作用，平均温度为 739。（2）孔-板间距增加，单侧障碍物下，气体泄漏速率偏大且孔-板间距偏小时，高温区域向 h=0 cm 处偏移。双侧障碍物下，温度与泄漏速率成正比，高温区向上偏移，孔板之间温度大幅升高，火焰高度增加。双侧障碍物会0 5 10 15高度/cm934.0822.0710.0598.0486.0

29、374.0262.0150.038.00温度/0 5 10 1520100高度/cm934.0822.0710.0598.0486.0374.0262.0150.038.00温度/0 5 10 1520100高度/cm距离/cm934.0822.0710.0598.0486.0374.0262.0150.038.00温度/20100（a）单侧障碍物距离 5 cm（b）单侧障碍物距离 10 cm（c）单侧障碍物距离 15 cm距离/cm距离/cm高度/cm965.0849.4733.8618.1502.5386.9271.3158.640.00温度/0 5 10 1520100高度/cm888.

30、0782.3676.5570.8465.0359.3253.5147.842.00温度/0 5 10 1520100高度/cm902.0794.8487.5580.3473.0365.8258.5151.344.00温度/0 5 10 1520100（d）双侧障碍物距离 5 cm（e）双侧障碍物距离 10 cm（f）双侧障碍物距离 15 cm距离/cm距离/cm距离/cm图 5障碍物限制下泄漏速率 6 m/s时的壁面温度变化规律Fig.5Wall temperature variation law under the constraint of obstacles at a leakage r

31、ate of 6 m/s加快高温区向上偏移。（3）多侧受限边界下，对喷射火温度有明显影响。不同孔-间距和泄漏速率下，双侧障碍物下的壁面温度均高于单侧障碍物，双侧障碍物对喷射火高温扩散有明显抑制作用。由该研究得出，不同障碍物设置会导致喷射火撞击邻近障碍物的危害范围发生显著变化。参考文献：1 董炳燕,吴晋湘,黄有波.水平喷射火撞击垂直障碍物的温度特性研究J.消防科学与技术,2020,39(5):607-610.2 齐玉凤,彭旭,杨森,等.不同压力下乙烷喷射火火焰特征研究J.爆破器材,2019,48(3):13-17.3 MOLKOV V,SAFFERS J B.Hydrogen jet flame

32、sJ.International Journal of Hydrogen Energy,2013,38(19):8141-8158.4 ZHANG X L,HU L H,ZHANG X C,et al.Two dimensional temperature distributions in a ceiling jet generated by a finite linesource fire:An experimental studyJ.Proceedings of the Combustion Institute,2023,39(3):4145-4154.5 HECHT E S,CHOWDH

33、URY B R.Characteristic of cryogenic hydrogen flames from high aspect ratio nozzlesJ.International Journal of Hydrogen Energy,2021,46(23):12320-12328.6 KANG Y H,WANG Q H,LU X F,et al.Experimental and theoretical study on radiative heat transfer characteristics of dimethyl ether jet diffusion flameJ.F

34、uel,2015,158:684696.7 LU H Y,LIU S X,LV J,et al.A physical model on the flame structure of vertical downward turbulent jet firesJ.Fuel,2023,334:126596.8 王振华,蒋军成,尤飞,等.高压氢气储运设施泄漏喷射火过程预测模型及其验证J.化工学报,2021,72(10):5412-5423.9 WANG Z R,JIANG K W,ZHAO K,et al.Macroscopic characteristics and prediction model

35、 of horizontal extension length for syngas jet flame under inclined conditionsJ.International Journal of Hydrogen Energy,2021,46(44):23091-23099.10 LV J,ZHANG X L,LIU S X,et al.Flame morphology of horizontal jets under subatmospheric pressures:Experiment,dimensional analysis and an integral modelJ.F

36、uel,2022,307:121891.11 PRAVEEN V,GIREESH K T,PUSHPENDRA K,et al.Evaluation of flame geometry of horizontal turbulent jet fires in reduced pressures:A numerical approachJ.Journal of Loss Prevention in the Process Industries,2022,80:104931.12 ZHOU K B,ZHOU M Y,HUANG M Y,et al.An experimental study of

37、jet fires in pitsJ.Process Safety and Environmental Protection,2022,163:131-143.13 WANG C,DING L,WAN H X,et al.Experimental study of flame morphology and size model of a horizontal jet flame impinging a wallJ.Process Safety and Environmental Protection,2021,147:1009-1017.14 WANG Z H,ZHOU K B,ZHANG L

38、,et al.Flame extension area and temperature profile of horizontal jet fire impinging on a vertical plateJ.Process Safety and Environmental Protection,2021,147:547-558.15 HU L H,LIU S X,ZHANG X L.Flame heights of linesource buoyant turbulent non premixed jets with air entrainment constraint by two pa

39、rallel side wallsJ.Fuel,2017,200:583-589.16 TAO C F,SHEN Y,ZONG R W,et al.An experimental study of flame height and air entrainment of buoyancy controlled jet flames with sidewallsJ.Fuel,2016,183:164-169.火焰蔓延水平投影泄漏中心火焰旋涡15 cm撞击区域浮力v=6 m/s（a）单侧障碍物zy火焰蔓延水平投影泄漏中心y火焰旋涡15 cmv=6 m/s撞击区域浮力z（b）双侧障碍物图 6火焰撞击后

40、浮力与动量作用分析Fig.6Analysis of buoyancy and momentum effects after flame impingement1208消防科学与技术2023年 9 月第 42 卷第 9 期加快高温区向上偏移。（3）多侧受限边界下，对喷射火温度有明显影响。不同孔-间距和泄漏速率下，双侧障碍物下的壁面温度均高于单侧障碍物，双侧障碍物对喷射火高温扩散有明显抑制作用。由该研究得出，不同障碍物设置会导致喷射火撞击邻近障碍物的危害范围发生显著变化。参考文献：1 董炳燕,吴晋湘,黄有波.水平喷射火撞击垂直障碍物的温度特性研究J.消防科学与技术,2020,39(5):607-6

41、10.2 齐玉凤,彭旭,杨森,等.不同压力下乙烷喷射火火焰特征研究J.爆破器材,2019,48(3):13-17.3 MOLKOV V,SAFFERS J B.Hydrogen jet flamesJ.International Journal of Hydrogen Energy,2013,38(19):8141-8158.4 ZHANG X L,HU L H,ZHANG X C,et al.Two dimensional temperature distributions in a ceiling jet generated by a finite linesource fire:An e

42、xperimental studyJ.Proceedings of the Combustion Institute,2023,39(3):4145-4154.5 HECHT E S,CHOWDHURY B R.Characteristic of cryogenic hydrogen flames from high aspect ratio nozzlesJ.International Journal of Hydrogen Energy,2021,46(23):12320-12328.6 KANG Y H,WANG Q H,LU X F,et al.Experimental and the

43、oretical study on radiative heat transfer characteristics of dimethyl ether jet diffusion flameJ.Fuel,2015,158:684696.7 LU H Y,LIU S X,LV J,et al.A physical model on the flame structure of vertical downward turbulent jet firesJ.Fuel,2023,334:126596.8 王振华,蒋军成,尤飞,等.高压氢气储运设施泄漏喷射火过程预测模型及其验证J.化工学报,2021,7

44、2(10):5412-5423.9 WANG Z R,JIANG K W,ZHAO K,et al.Macroscopic characteristics and prediction model of horizontal extension length for syngas jet flame under inclined conditionsJ.International Journal of Hydrogen Energy,2021,46(44):23091-23099.10 LV J,ZHANG X L,LIU S X,et al.Flame morphology of horiz

45、ontal jets under subatmospheric pressures:Experiment,dimensional analysis and an integral modelJ.Fuel,2022,307:121891.11 PRAVEEN V,GIREESH K T,PUSHPENDRA K,et al.Evaluation of flame geometry of horizontal turbulent jet fires in reduced pressures:A numerical approachJ.Journal of Loss Prevention in th

46、e Process Industries,2022,80:104931.12 ZHOU K B,ZHOU M Y,HUANG M Y,et al.An experimental study of jet fires in pitsJ.Process Safety and Environmental Protection,2022,163:131-143.13 WANG C,DING L,WAN H X,et al.Experimental study of flame morphology and size model of a horizontal jet flame impinging a

47、 wallJ.Process Safety and Environmental Protection,2021,147:1009-1017.14 WANG Z H,ZHOU K B,ZHANG L,et al.Flame extension area and temperature profile of horizontal jet fire impinging on a vertical plateJ.Process Safety and Environmental Protection,2021,147:547-558.15 HU L H,LIU S X,ZHANG X L.Flame h

48、eights of linesource buoyant turbulent non premixed jets with air entrainment constraint by two parallel side wallsJ.Fuel,2017,200:583-589.16 TAO C F,SHEN Y,ZONG R W,et al.An experimental study of flame height and air entrainment of buoyancy controlled jet flames with sidewallsJ.Fuel,2016,183:164-16

49、9.火焰蔓延水平投影泄漏中心火焰旋涡15 cm撞击区域浮力v=6 m/s（a）单侧障碍物zy火焰蔓延水平投影泄漏中心y火焰旋涡15 cmv=6 m/s撞击区域浮力z（b）双侧障碍物图 6火焰撞击后浮力与动量作用分析Fig.6Analysis of buoyancy and momentum effects after flame impingement1209消防理论研究Fire Science and Technology,September 2023,Vol.42,No.9气-液两相二甲醚喷射火焰燃烧行为的数值模拟郈植皓1,2,3,毕明树1,2,3,郝强强1,2,3,任婧杰1,2,3（1.

50、精细化工国家重点实验室,辽宁 大连 116024；2.智能材料化工前沿科学中心,辽宁 大连 116024；3.大连理工大学 化工学院，辽宁 大连 116024）摘要：本文采用数值模拟方法，基于欧拉-拉格朗日体系，建立了气-液两相燃烧的数值计算模型，研究了不同喷嘴直径和喷射压力对气-液两相二甲醚喷射火焰的火焰形态、液滴分布特性和热辐射危害范围的影响。结果表明：喷射压力越大、喷嘴直径越大，火焰长度越长；喷射压力和喷嘴直径增加时，液滴蒸发强度增加，近喷嘴区域液滴平均粒径与速度上升；火焰下游处与火焰侧面最大热辐射危害范围分别为 9.5 m和 5.0 m。关键词：二甲醚；气-液两相喷射火焰；数值模拟；火