技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及消防安全
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及用丙烷燃燒火焰模擬航空煤油燃燒火焰的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
：：航空煤油泄漏容易引起火災(zāi)，多發(fā)生于航空器的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口和出口，機(jī)翼油箱、起落架等處。航空煤油燃燒具有燃燒速度快、火勢(shì)兇猛、輻射熱強(qiáng)等特點(diǎn)，火災(zāi)危害性極大，常造成重大經(jīng)濟(jì)損失和慘重人員傷亡。在各類型的航空器火災(zāi)救援模擬訓(xùn)練設(shè)施中均將航空煤油火災(zāi)救援作為重要功能。火災(zāi)模擬訓(xùn)練救援設(shè)施中使用航空煤油作為燃料有污染大，不可控等缺點(diǎn)。丙烷具有污染小、燃燒可控、來(lái)源廣泛等特點(diǎn)。航空煤油的燃燒模型和丙烷的燃燒模型并不一樣，如何使用丙烷在可控條件下模擬航空煤油的燃燒狀態(tài)，使得應(yīng)用丙烷作為燃料的火災(zāi)救援模擬訓(xùn)練設(shè)施更真實(shí)的實(shí)現(xiàn)航空煤油火災(zāi)的過(guò)程和火災(zāi)特性，提供一個(gè)更真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：：本發(fā)明的目的是提供一種用丙烷燃燒火焰模擬航空煤油燃燒火焰的實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)分析航空煤油的燃燒特性，建立其燃燒的數(shù)學(xué)模型，從熱釋放速率等效、燃燒速率等效、火焰高度等效等原則，實(shí)現(xiàn)利用丙烷燃燒模擬航空煤油燃燒的模型算法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用丙烷燃燒火焰模擬航空煤油燃燒火焰的實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)方法步驟如下：步驟一：分析航空煤油的燃燒機(jī)方面特性，將航空煤油放置在油池內(nèi)，固定航空煤油的厚度、初始溫度和點(diǎn)火方式，其中油池采用正方形油池、長(zhǎng)方形油池或者圓形油池，根據(jù)不同尺寸的油池火形在不同橫向風(fēng)以及不同放置因子作用下得出航空煤油的燃燒特性，燃燒特性包括熱釋放速率、燃燒速率和火焰高度；步驟二：通過(guò)航空煤油熱釋放速率，得到航空煤油在油池火形下的熱釋放速率值；步驟三：通過(guò)航空煤油的燃燒速率分析，得到航空煤油的燃燒速率公式為，式中，為燃燒速率，參數(shù)為直徑無(wú)限大時(shí)的燃燒速率值，k為火焰的消光吸收系數(shù)，為平均波長(zhǎng)校正因子，d為油盤(pán)直徑，對(duì)于非圓形油盤(pán)，d為油盤(pán)等效直徑；步驟四：通過(guò)航空煤油的火焰高度，得到航空煤油的火焰高度模型；步驟五：利用步驟二中得到的結(jié)果，通過(guò)熱釋放速率等效法給出得到燃燒熱釋放速率與丙烷質(zhì)量流量的公式，公式為，其中，q為丙烷燃燒產(chǎn)物生成焓與反應(yīng)與反應(yīng)物生成焓之間的差值，a為單位氧氣參與反應(yīng)，丙烷完全燃燒時(shí)化學(xué)計(jì)算量，為丙烷的質(zhì)量流量，為丙烷的分子量，根據(jù)燃燒的熱釋放速率代入公式求取丙烷需求量；步驟六：利用步驟三中得到的結(jié)果，通過(guò)燃燒速率等效法給出得到燃燒速率與丙烷質(zhì)量流量的公式，公式為，根據(jù)丙烷燃燒區(qū)域的等效直徑求取所需丙烷最大質(zhì)量流量；步驟七：利用步驟四中得到的結(jié)果，通過(guò)火焰高度等效法得到同等火焰高度下丙烷的需求量；步驟八：從改變丙烷的供給量從熱釋放速率、燃燒速率和火焰高度三個(gè)方面模擬航空煤油燃燒的實(shí)現(xiàn)裝置。所述的航空煤油燃燒狀態(tài)模擬系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、燃料儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)、冷卻水存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)和燃燒單元組成，控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和plc組成，控制計(jì)算機(jī)為決策級(jí)，系統(tǒng)采用profibus總線作為通信總線，依據(jù)plc采集到的信息，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算向plc發(fā)送控制命令，plc是底層執(zhí)行級(jí)，采集傳感器的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作和實(shí)現(xiàn)底層連鎖功能；燃料儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)由丙烷儲(chǔ)罐、減壓器、安全閥、管路、丙烷泵、氣化器、阻火器、閥門(mén)、電磁閥、調(diào)節(jié)閥等組成；冷卻水存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)包括儲(chǔ)水罐、水泵、管路和閥門(mén)；燃燒單元包括點(diǎn)火燃燒器和主燃燒器。所述的步驟五中的熱釋放速率等效為控制丙烷氣體的流量使其在熱釋放速率指標(biāo)上與某條件下的航空煤油一致。所述的步驟六中的燃燒速率等效為控制丙烷氣體的流量使其在燃燒速率指標(biāo)上與某條件下的航空煤油一致。所述的步驟七中火焰高度等效為控制丙烷氣體的流量使其在火焰高度指標(biāo)上與某條件下的航空煤油一致。所述的調(diào)節(jié)丙烷的流量以控制丙烷燃燒，從而模擬航空煤油的燃燒，航空煤油燃燒狀態(tài)模擬系統(tǒng)控制系統(tǒng)、燃料儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)、冷卻水存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)和燃燒單元組成，實(shí)現(xiàn)燃燒狀態(tài)的模擬調(diào)節(jié)。本發(fā)明的有益效果是：本用丙烷燃燒火焰模擬航空煤油燃燒火焰的實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)分析航空煤油的燃燒特性，建立其燃燒的數(shù)學(xué)模型，從熱釋放速率等效、燃燒速率等效、火焰高度等效等原則，實(shí)現(xiàn)更安全、環(huán)保、來(lái)源廣泛的丙烷來(lái)模擬航空煤油的燃燒方法。附圖說(shuō)明：圖1是本發(fā)航空煤油燃燒狀態(tài)模擬系統(tǒng)圖。具體實(shí)施方式：一種用丙烷燃燒火焰模擬航空煤油燃燒火焰的實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)方法步驟如下：步驟一：分析航空煤油的燃燒機(jī)方面特性，使用的燃料為航空煤油，油池采用正方形油池（長(zhǎng)方形池或圓形），固定燃料的厚度、初始溫度和點(diǎn)火方式（酒精引燃），研究不同尺寸油池火在不同橫向風(fēng)以及不同放置因子作用下的燃燒特性，具體包括：熱釋放速率分析；燃燒速率分析、火焰高度分析等，并通過(guò)分析研究結(jié)果，總結(jié)上述燃燒特性隨風(fēng)速、放置因子和油池尺寸的具體變化規(guī)律；步驟二：通過(guò)航空煤油熱釋放速率，得到航空煤油在油池火形下的熱釋放速率值，從熱釋放速率（hrr）是評(píng)價(jià)可燃物燃燒時(shí)所達(dá)火災(zāi)規(guī)模的重要參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，熱釋放速率峰值來(lái)臨時(shí)間隨風(fēng)速的增大而減??；油池面積相同，不同風(fēng)速時(shí)的熱釋放速率峰值來(lái)臨時(shí)間的差距隨風(fēng)速增大而減小；在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)，隨著油盤(pán)尺寸的增加，其相應(yīng)的熱釋放速率峰值隨風(fēng)速的增加而增加的趨勢(shì)更為明顯，如表1：表1油池?zé)後尫潘俾侍卣鲄?shù)步驟三：通過(guò)航空煤油的燃燒速率分析，得到航空煤油的燃燒速率公式為：（1）式中，為燃燒速率，參數(shù)為直徑無(wú)限大時(shí)的燃燒速率值，k為火焰的消光吸收系數(shù)，為平均波長(zhǎng)校正因子，d為油盤(pán)直徑，對(duì)于非圓形油盤(pán)，d為油盤(pán)等效直徑；實(shí)際研究中常將作為整體考慮。對(duì)于煤油，前人給出的參數(shù)值是=0.039kg/m2s，kβ=3.5/m。依據(jù)所給的參數(shù)，可以計(jì)算出各尺寸油盤(pán)燃燒速率的預(yù)測(cè)值。對(duì)于不同尺寸的油池火，其燃燒速率隨風(fēng)速的變化規(guī)律存在差異。在0~5m/s的風(fēng)速范圍內(nèi)，對(duì)于不同尺寸的油池火，其燃燒速率隨風(fēng)速的增加而單調(diào)遞增。風(fēng)速對(duì)于油池火燃燒速率的影響機(jī)理很復(fù)雜。一方面，風(fēng)促進(jìn)了燃料與空氣的混合，提升了火焰溫度，增強(qiáng)了火焰的輻射。另一方面，風(fēng)會(huì)減小油池上的火焰厚度，增加火焰寬度，因而減小燃燒速率?？紤]風(fēng)速對(duì)燃燒速率影響，可給出修正公式：（2）式中，是有風(fēng)條件下的燃燒速率，是無(wú)風(fēng)條件下的燃燒速率，v是風(fēng)速，d是油盤(pán)直徑，對(duì)于矩形油盤(pán)，d是油盤(pán)等效直徑。該公式不適用于醇類油池火，以及風(fēng)速大于臨界風(fēng)速的油池火。步驟四：通過(guò)航空煤油的火焰高度，得到航空煤油的火焰高度模型，通過(guò)以下兩種方式：一、實(shí)驗(yàn)法：所謂實(shí)驗(yàn)法，是指在固定燃料種類為航空煤油的情況下，針對(duì)不同的油池火的形狀尺寸和不同的風(fēng)速利用圖象識(shí)別技術(shù)實(shí)時(shí)采集火焰高度值，并通過(guò)燃燒不同數(shù)量值的航空煤油，然后對(duì)火焰高度與航空煤油數(shù)量值的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可直接繪制成表供人員查表得到不同航空煤油數(shù)量值下對(duì)應(yīng)的不同火焰高度，或者將火焰高度與航空煤油數(shù)量值采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到關(guān)于航空煤油數(shù)量值與火焰讀的解析形式。改變油池火的形狀尺寸和風(fēng)速，重復(fù)上述步驟，至此可得到航空煤油數(shù)量值與火焰高度的定量關(guān)系，也可以根據(jù)該結(jié)果來(lái)航空煤油數(shù)量值，以實(shí)現(xiàn)期望的火焰高度。二、經(jīng)驗(yàn)公式法基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和量綱分析等得到經(jīng)驗(yàn)關(guān)系模型，應(yīng)用較多的是thomas關(guān)系模型和heskestad關(guān)系模型。thomas基于實(shí)驗(yàn)以及量綱分析，得到了湍流火焰平均高度的關(guān)系模型，計(jì)算公式為：不考慮風(fēng)速（3）考慮風(fēng)速（4）式中，h為火焰高度，d為燃燒區(qū)域等效直徑，為燃料燃燒速率，為空氣密度，取為1.293kg.m-3，u為10m處的風(fēng)速，uc為特征風(fēng)速，。分析上式不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于固定點(diǎn)火部位和固定風(fēng)速，火焰高度h為燃料燃燒速率的單值函數(shù)，而在假定航空煤油完全燃燒情況下，航空煤油燃燒速率與航空煤油數(shù)量值存在簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)關(guān)系，即可得到火焰高度與航空煤油數(shù)量的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系。heskestad對(duì)廣泛的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，得到了下面的火焰高度公式：（5）式中，為熱釋放速率，在前文中詳述過(guò)熱釋放速率與航空煤油數(shù)量值的關(guān)系，即，其中為熱釋放速率，單位kw，為航空煤油數(shù)量值，單位kg/s。顯然，根據(jù)上式可得到不同油池火形狀尺寸的火焰高度與航空煤油數(shù)量值之間的關(guān)系特性。經(jīng)驗(yàn)公式（3）和（4）明確地考慮到不同油池火形狀尺寸與不同風(fēng)速對(duì)火焰高度的影響，經(jīng)驗(yàn)公式（5）也考慮到不同油池火形狀尺寸與不同風(fēng)速對(duì)火焰高度影響，其中風(fēng)速影響隱性地包含在熱釋放速率中，具體如下：（6）其中，為燃燒效率，考慮完全燃燒情況下可假設(shè)為1；為燃料燃燒熱，航空煤油燃燒熱查表可得，為燃料燃燒速率，3中式2給出了有風(fēng)條件下的修正公式。步驟五：利用步驟二中得到的結(jié)果，通過(guò)熱釋放速率等效法給出得到燃燒熱釋放速率與丙烷質(zhì)量流量的公式，熱釋放速率作為描述火災(zāi)現(xiàn)象的一個(gè)重要參數(shù)，可以表征火災(zāi)發(fā)展的強(qiáng)烈程度，也稱之為燃燒強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，熱釋放速率與丙烷量有直接關(guān)系，如下式所示：（7）其中，q為丙烷燃燒產(chǎn)物生成焓與反應(yīng)與反應(yīng)物生成焓之間的差值；a為單位氧氣參與反應(yīng)，丙烷完全燃燒時(shí)化學(xué)計(jì)算量；為丙烷的質(zhì)量流量；為丙烷的分子量?？梢园l(fā)現(xiàn)，在一定條件下丙烷完全參與燃燒時(shí)，燃燒熱釋放速率與丙烷質(zhì)量流量成正比，即。參考其他資料，查得如表2數(shù)據(jù)：表2燃燒熱釋放速率與丙烷質(zhì)量關(guān)系熱釋放速率（kw）4812燃料流量（g/s）0.0860.1720.259對(duì)上訴數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求取k值則可得（8）其中q為熱釋放速率，單位kw，為丙烷質(zhì)量流量，單位kg/s。至此，可以根據(jù)燃燒的熱釋放速率（表征火勢(shì)大小的燃燒參數(shù)）代入公式求取丙烷需求量。步驟六：利用步驟三中得到的結(jié)果，通過(guò)燃燒速率等效法給出得到燃燒速率與丙烷質(zhì)量流量的公式，假定丙烷模擬航空煤油燃燒過(guò)程中，丙烷充分燃燒，即丙烷燃燒速率為丙烷流量，則可根據(jù)航空煤油燃燒速率推到所需丙烷量。步驟三中式（1）中為煤油（丙烷）單位燃燒面積的質(zhì)量損失率。令，則為丙烷燃燒過(guò)程質(zhì)量損失率，單位kg/s。整理得：（9）綜上，可根據(jù)丙烷燃燒區(qū)域的等效直徑求取所需丙烷最大質(zhì)量流量。步驟七：利用步驟四中得到的結(jié)果，通過(guò)火焰高度等效法得到同等火焰高度下丙烷的需求量，方法參考步驟四；步驟八：從改變丙烷的供給量從熱釋放速率、燃燒速率和火焰高度三個(gè)方面模擬航空煤油燃燒的實(shí)現(xiàn)裝置，調(diào)節(jié)丙烷的流量以控制丙烷燃燒，從而模擬航空煤油的燃燒，航空煤油燃燒狀態(tài)模擬系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、燃料儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)、冷卻水存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)和燃燒單元組成。參照?qǐng)D1，航空煤油燃燒狀態(tài)模擬系統(tǒng)的控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和plc組成，控制計(jì)算機(jī)為決策級(jí)，系統(tǒng)采用profibus總線作為通信總線，依據(jù)plc采集到的信息，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算向plc發(fā)送控制命令；plc是底層執(zhí)行級(jí)，負(fù)責(zé)采集傳感器的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作和實(shí)現(xiàn)底層連鎖功能。燃料儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需燃料的儲(chǔ)存、減壓、氣化、輸送和分配功能。該系統(tǒng)由丙烷儲(chǔ)罐、減壓器、安全閥、管路、丙烷泵、氣化器、阻火器、閥門(mén)、電磁閥、調(diào)節(jié)閥等組成?？刂葡到y(tǒng)可對(duì)燃料存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)的罐內(nèi)壓力、管路流量、燃料主管路壓力和流量等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和流量調(diào)節(jié)。冷卻水存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)包括儲(chǔ)水罐、水泵、管路、閥門(mén)等，用于給燃燒單元降溫。燃燒單元包括點(diǎn)火燃燒器和主燃燒器（燃燒池）。在系統(tǒng)給出點(diǎn)火燃燒器點(diǎn)燃信號(hào)后，火焰探測(cè)器檢測(cè)到火焰信號(hào)，證明點(diǎn)火燃燒器點(diǎn)火成功，此時(shí)按程序控制主燃燒器管路的閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，調(diào)節(jié)閥工作，產(chǎn)生所要模擬的火焰。圖1中航空煤油燃燒狀態(tài)模擬系統(tǒng)部件代表名稱如下表3：表3航空煤油燃燒狀態(tài)模擬系統(tǒng)部件名稱。當(dāng)前第1頁(yè)12