Fe(OH)2在湍流扩散火焰中抑制效果的CMC模拟研究
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收 稿 日期 ：０ ００—６修 改 日期 ：０ ００—０ ２ １—４２ ； ２ １ —５１
采用数值 模拟 的方法来 模拟 灭火 添加剂 与火焰 面的
相互作 用 ， 中湍 流模 型使 用 Ｆ ＵＥ 其 Ｌ ＮＴ 的 ｋ 模 ～￡
型， 而燃 烧模 型使用条 件矩 封闭 （ ＭＣ 模 型 。 Ｃ ）
１ 数 学模 型
Ｃ ＭＣ模 型 由 Ｂｌｅ ｉ ｒ和 Ｋｌ ｎ ｏ分 别 用 不 同 ｇ ］
基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（０ ７ ０ ７ ５ ８ ６９ ）
作者简介 ： 郑景川（ ９ ５）男 ， １ ８一 ， 中国科学技术大学火灾科学 国家重点实验室硕士研究生 。研究方 向为计算机数值模拟 。
１１ ５
Ｃ ： —— ———— ————— ——— ————— 一 ：———— ———— ——— — ————— —— ———— ————— — ————— ——．—
通讯作者 ： 蒋勇 ， 副教授 、 硕士生导师 ， － ｉ ￣ ｉ ｇ ｓｃｅｕ Ｃ． Ｅ ｍａ ： ｊ ｎ ＠ｕｔ．ｄ ． ｒ ｌ ａ １
Ｖｏ． ９Ｎｏ ３ １１ ．
ａ Ｑ，
郑景 川 ， ： ｅ ＯＨ） 湍流扩散 火焰 中抑 制效 果 的 Ｃ 等 Ｆ（ 在 ＭＣ模 拟研 究
Ｑ 一 １
第 １卷 第 ３ ９ 期 ２０ｔ０年 ７月
火
灾
科
学
Ｖｏ． ９ Ｎｏ ３ １１ ， ．
ＦＩ ＲＥ ＡＦＥＴＹ ＣＩ Ｓ Ｓ ＥＮＣＥ
Ｊ １ ｕ．２ｏ １ｏ
文章编 号 ：０ ４５ ０ （ ０ ０ 一 １ ００ １ ０ —３ ９ ２ １ ）０ ５—８
Ｆ（ ｅＯＨ） 在湍流扩散火焰 中抑制效果 的 Ｃ ２ ＭＣ模拟研究
时候 对熄火 拉伸率 的影 响很 大 ， 当灭 火 添 加剂 添 而
加 在燃料 中的时候 对熄火 几乎无 影响 。该研究 最突
达到 ０ ０ 时 ， 等 效 灭 火 体 积 分 数 可 比 Ｃ 。ｒ ．３ 其 Ｆ Ｂ
（ 哈龙 １ ０ ） 两 个 数 量 级＿ 。 国际 上 最早 开 始 研 ３ １低 ２ ］
基 铁化 合 物 的灭火 ［效 果 ， ３ ］ 研究 表 明在 预混 火 焰 中 层 流燃烧 速率 的变 化 率 在 Ｆ （ Ｏ） 度 很 低 的 时 ｅ Ｃ 浓 候 就对其浓 度变 化非 常敏感 ， 在对撞 火焰 中 ， 熄火 的 程 度和驻定 火焰 面 的相 对 位置 有 关 ， 因为驻 定 火焰
Ｂ 高很 多 ， 且 当气 压 低 于 一个 大 气 压 的 时候 Ｆ ｒ 并 ｅ
（ Ｏ） 灭 火 效果 会 下 降 。Ｌ ｓ Ｃ 的 ａｋ和 Ｗａ ｎ ｒ 者 ｇｅ 学 的实验表 明 了 Ｆ （ Ｏ） 碳氢 火 焰 中的灭 火 效 果 ｅ Ｃ 在 要 比氢氧 火焰 中的好 ， 且在碳氢 ／ 而 空气 中 的灭火 效 果 要 比碳 氢／ 氧气 中的好 ， 但是他 们 的实 验只是在 平 面预混 火 焰 中得 到 的结 果 。在 这 之 后 Ｒｅ ｅ ｉｌ ｎ ｔ和 Ｌ ｎｅｉ在 预混火焰 和对 撞 火焰 中均 测 量 了这 种 羰 ｉｔｒ ｓ
面的位置 同时也决 定 了灭火添 加剂 的驻定位 置 。对 于 Ｃ ／ ｉ 火焰 ， Ｈ ａｒ 当灭 火 添加 剂 添加 在 氧化 剂 中 的
化合物更 为 有效 ， 其 是 Ｆ （ Ｏ）（ 羰基 合 铁 ） 尤 ｅＣ 五 ，
它是 目前 最为有 效 的火 焰抑 制 剂 之一 ， 体 积分 数 在
Ｈ ／ ｉ 和 ｎ烷 烃 ／ ｉ燃 烧 中 的灭 火 效 果 要 比 卤素 ａ ｒ ｌ ａ ｒ
但是 目前 国际上对 于灭火添 加剂效 果 的研 究大 多是基 于实验 研究 及 层 流燃 烧 中 的数 值研 究 ， 于 对 湍流燃 烧 中灭 火添 加 剂 的效果 研 究 并 不 多见 ， 文 本
究 Ｆ （ Ｏ） 的灭火效 能 的是 Ｗａ ｎ ｒ 者＿ ， ｇ ｅＣ ５ ｇｅ学 ３ Ｗａ — ］
出的一个观 点就 是 Ｆ （ Ｏ） 高浓 度 时 的 抑制 效 ｅＣ 在
果反 而不佳 ， 在之后 的研 究 中可 以避 免这 个 问题 产
生 的困扰 。
ｎｒ 现 当预混火 焰 中添加 Ｆ （ Ｏ）时 火 焰 的传 播 ｅ发 ｅＣ 速 率会显 著 的下 降 。这 次 的研 究发 现 Ｆ （ ０） ｅ Ｃ 在
关键 词 ： 条件 矩 封 闭 ； 火添 加 剂 ； 值 模 拟 灭 数
中 图分 类 号 ： Ｋ１ １ＴＢ ９ Ｔ ２， ４６
文 献标 识码 ： Ａ
０ 引言
随着 哈龙 产 品 日渐 退 出灭 火剂 的行 业 ， 国 目 各
前都在 寻找新 型的灭火 添加剂 来抑制 火灾 的扩散 和 蔓延 ［ 。早在 ２ １ ］ Ｏ世 纪 ６ ０年 代 时就 有 研 究 发现 ， 某 些金属化 合物对 火焰 的抑 制 和熄 灭作用 比卤素类 的
郑 景川 ， 蒋 勇 ， 邱 榕 ， 毕 昆
（ 中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室， 安徽 合肥 ，３ ０ ６ ２０２）
摘要 ： 采用条件矩封 闭模型（ ＭＣ 数值模 拟 了 Ｆ （ Ｃ ） ｅＯＨ） 在 湍流射流火焰 中的灭火性能 ， 算结果表 明该 灭火添加 ２ 计
剂 在 湍 流燃 烧 中对 Ｈ、 ＯＨ 和 Ｏ 的 最 大抑 制 效 果要 比层 流 下 分 别 高 出 ４ ，０ ，５ ， 原 因在 于 湍 流 扩散 作 用 ０ １ １ 其
加强 了某些不良输运特性组分 的扩散 ， 使得灭 火添加剂 的效果更强 。不 同 Ｒｅ 数下的局部 Ｄ ｍｋ ｏｅ 数 分布表 明 ａ ｈ ｌｒ
该 灭 火 添加 剂 使 得 火 焰 变 的不 稳 定 ， 定 燃 烧 位 置 沿 轴 向 方 向提 高 了 ３ 喷 １直 径 的 距 离。 稳 倍 ： ２
采用数值 模拟 的方法来 模拟 灭火 添加剂 与火焰 面的
相互作 用 ， 中湍 流模 型使 用 Ｆ ＵＥ 其 Ｌ ＮＴ 的 ｋ 模 ～￡
型， 而燃 烧模 型使用条 件矩 封闭 （ ＭＣ 模 型 。 Ｃ ）
１ 数 学模 型
Ｃ ＭＣ模 型 由 Ｂｌｅ ｉ ｒ和 Ｋｌ ｎ ｏ分 别 用 不 同 ｇ ］
基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（０ ７ ０ ７ ５ ８ ６９ ）
作者简介 ： 郑景川（ ９ ５）男 ， １ ８一 ， 中国科学技术大学火灾科学 国家重点实验室硕士研究生 。研究方 向为计算机数值模拟 。
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通讯作者 ： 蒋勇 ， 副教授 、 硕士生导师 ， － ｉ ￣ ｉ ｇ ｓｃｅｕ Ｃ． Ｅ ｍａ ： ｊ ｎ ＠ｕｔ．ｄ ． ｒ ｌ ａ １
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ａ Ｑ，
郑景 川 ， ： ｅ ＯＨ） 湍流扩散 火焰 中抑 制效 果 的 Ｃ 等 Ｆ（ 在 ＭＣ模 拟研 究
Ｑ 一 １
第 １卷 第 ３ ９ 期 ２０ｔ０年 ７月
火
灾
科
学
Ｖｏ． ９ Ｎｏ ３ １１ ， ．
ＦＩ ＲＥ ＡＦＥＴＹ ＣＩ Ｓ Ｓ ＥＮＣＥ
Ｊ １ ｕ．２ｏ １ｏ
文章编 号 ：０ ４５ ０ （ ０ ０ 一 １ ００ １ ０ —３ ９ ２ １ ）０ ５—８
Ｆ（ ｅＯＨ） 在湍流扩散火焰 中抑制效果 的 Ｃ ２ ＭＣ模拟研究
时候 对熄火 拉伸率 的影 响很 大 ， 当灭 火 添 加剂 添 而
加 在燃料 中的时候 对熄火 几乎无 影响 。该研究 最突
达到 ０ ０ 时 ， 等 效 灭 火 体 积 分 数 可 比 Ｃ 。ｒ ．３ 其 Ｆ Ｂ
（ 哈龙 １ ０ ） 两 个 数 量 级＿ 。 国际 上 最早 开 始 研 ３ １低 ２ ］
基 铁化 合 物 的灭火 ［效 果 ， ３ ］ 研究 表 明在 预混 火 焰 中 层 流燃烧 速率 的变 化 率 在 Ｆ （ Ｏ） 度 很 低 的 时 ｅ Ｃ 浓 候 就对其浓 度变 化非 常敏感 ， 在对撞 火焰 中 ， 熄火 的 程 度和驻定 火焰 面 的相 对 位置 有 关 ， 因为驻 定 火焰
Ｂ 高很 多 ， 且 当气 压 低 于 一个 大 气 压 的 时候 Ｆ ｒ 并 ｅ
（ Ｏ） 灭 火 效果 会 下 降 。Ｌ ｓ Ｃ 的 ａｋ和 Ｗａ ｎ ｒ 者 ｇｅ 学 的实验表 明 了 Ｆ （ Ｏ） 碳氢 火 焰 中的灭 火 效 果 ｅ Ｃ 在 要 比氢氧 火焰 中的好 ， 且在碳氢 ／ 而 空气 中 的灭火 效 果 要 比碳 氢／ 氧气 中的好 ， 但是他 们 的实 验只是在 平 面预混 火 焰 中得 到 的结 果 。在 这 之 后 Ｒｅ ｅ ｉｌ ｎ ｔ和 Ｌ ｎｅｉ在 预混火焰 和对 撞 火焰 中均 测 量 了这 种 羰 ｉｔｒ ｓ
面的位置 同时也决 定 了灭火添 加剂 的驻定位 置 。对 于 Ｃ ／ ｉ 火焰 ， Ｈ ａｒ 当灭 火 添加 剂 添加 在 氧化 剂 中 的
化合物更 为 有效 ， 其 是 Ｆ （ Ｏ）（ 羰基 合 铁 ） 尤 ｅＣ 五 ，
它是 目前 最为有 效 的火 焰抑 制 剂 之一 ， 体 积分 数 在
Ｈ ／ ｉ 和 ｎ烷 烃 ／ ｉ燃 烧 中 的灭 火 效 果 要 比 卤素 ａ ｒ ｌ ａ ｒ
但是 目前 国际上对 于灭火添 加剂效 果 的研 究大 多是基 于实验 研究 及 层 流燃 烧 中 的数 值研 究 ， 于 对 湍流燃 烧 中灭 火添 加 剂 的效果 研 究 并 不 多见 ， 文 本
究 Ｆ （ Ｏ） 的灭火效 能 的是 Ｗａ ｎ ｒ 者＿ ， ｇ ｅＣ ５ ｇｅ学 ３ Ｗａ — ］
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关键 词 ： 条件 矩 封 闭 ； 火添 加 剂 ； 值 模 拟 灭 数
中 图分 类 号 ： Ｋ１ １ＴＢ ９ Ｔ ２， ４６
文 献标 识码 ： Ａ
０ 引言
随着 哈龙 产 品 日渐 退 出灭 火剂 的行 业 ， 国 目 各
前都在 寻找新 型的灭火 添加剂 来抑制 火灾 的扩散 和 蔓延 ［ 。早在 ２ １ ］ Ｏ世 纪 ６ ０年 代 时就 有 研 究 发现 ， 某 些金属化 合物对 火焰 的抑 制 和熄 灭作用 比卤素类 的
郑 景川 ， 蒋 勇 ， 邱 榕 ， 毕 昆
（ 中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室， 安徽 合肥 ，３ ０ ６ ２０２）
摘要 ： 采用条件矩封 闭模型（ ＭＣ 数值模 拟 了 Ｆ （ Ｃ ） ｅＯＨ） 在 湍流射流火焰 中的灭火性能 ， 算结果表 明该 灭火添加 ２ 计
剂 在 湍 流燃 烧 中对 Ｈ、 ＯＨ 和 Ｏ 的 最 大抑 制 效 果要 比层 流 下 分 别 高 出 ４ ，０ ，５ ， 原 因在 于 湍 流 扩散 作 用 ０ １ １ 其
加强 了某些不良输运特性组分 的扩散 ， 使得灭 火添加剂 的效果更强 。不 同 Ｒｅ 数下的局部 Ｄ ｍｋ ｏｅ 数 分布表 明 ａ ｈ ｌｒ
该 灭 火 添加 剂 使 得 火 焰 变 的不 稳 定 ， 定 燃 烧 位 置 沿 轴 向 方 向提 高 了 ３ 喷 １直 径 的 距 离。 稳 倍 ： ２
