庚烷池火多火源燃燒特性的實(shí)驗(yàn)研究

李 政，劉乃安

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥，230026）

庚烷池火多火源燃燒特性的實(shí)驗(yàn)研究

李 政，劉乃安＊

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥，230026）

多火源燃燒是森林火災(zāi)和城市群發(fā)性火災(zāi)中重要而又特殊的火災(zāi)現(xiàn)象，相關(guān)研究很少。通過恒定控制液面高度的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對直徑0.1m、0.2m和0.4m的庚烷池火在單個(gè)火源、兩火源燃燒和三火源線性排列時(shí)的火焰高度、火焰體積和燃燒速率等特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，三火源燃燒時(shí)中間火源的火焰高度、火焰體積和燃燒速率明顯高于兩火源燃燒和單火源燃燒，三火源燃燒時(shí)邊上火源與兩火源的燃燒狀況難以區(qū)分。這些燃燒特性隨著火源間距的減小，呈現(xiàn)增大趨勢。熱量反饋增強(qiáng)和空氣卷吸受限這兩種火源相互作用機(jī)制相互耦合，且隨著火源間距的減小而增強(qiáng)，在S／D（S為火源間距，D為油池直徑）為2～4時(shí)，兩種機(jī)制強(qiáng)烈競爭，在其他參數(shù)范圍內(nèi)熱量反饋增強(qiáng)效應(yīng)占主導(dǎo)作用。研究還發(fā)現(xiàn)火焰體積與熱釋放速率有較好的線性相關(guān)關(guān)系，單位火焰體積的熱釋放速率約為1614kW／m3。

庚烷池火；多火源燃燒；火焰高度；火焰體積；燃燒速率

0 引言

多個(gè)火源在距離較近時(shí)同時(shí)燃燒，其燃燒行為與單個(gè)池火燃燒明顯不同，燃燒速率顯著增大，同時(shí)可能誘發(fā)火焰合并、火旋風(fēng)等特殊火現(xiàn)象。在群發(fā)性城市火災(zāi)中，很容易出現(xiàn)多火源燃燒現(xiàn)象，一旦發(fā)生火焰合并、火旋風(fēng)等現(xiàn)象，則會(huì)給火災(zāi)撲救帶來很大困難，可能造成災(zāi)難性的后果。森林火災(zāi)中巨大的火焰也是火焰合并的結(jié)果，是典型的多火源燃燒現(xiàn)象。此外，隨著城市的發(fā)展，森林與城市逐漸融合，森林－城市交界域一旦發(fā)生火災(zāi)，大量不同種類的可燃物同時(shí)燃燒，則會(huì)構(gòu)成更加復(fù)雜的多火源燃燒現(xiàn)象。

盡管多火源燃燒現(xiàn)象有非常重要的應(yīng)用背景，相關(guān)研究文獻(xiàn)卻很少。Putman和Speich［1］在20世紀(jì)60年代較早地開始研究多個(gè)湍流擴(kuò)散火焰之間的相互作用，測量并擬合了火焰高度。Thomas等人［2］研究了兩個(gè)火焰之間的相互作用，推導(dǎo)了兩個(gè)火源發(fā)生火焰合并的臨界條件。Baldwin等人［3］推導(dǎo)了火陣列中火焰發(fā)生合并的臨界條件，得到了臨界判據(jù)。此后有多篇文章探討了火陣列中的火焰高度［4－7］，得到了火焰高度與火源數(shù)目、火源直徑、火源間距離等參數(shù)之間的相互關(guān)系。也有少數(shù)文章研究了火陣列中誘發(fā)的火旋風(fēng)現(xiàn)象［8－12］。燃燒速率作為池火燃燒的重要參數(shù)在多火源燃燒中也同樣重要。Huffman等人［13］較早地測量了環(huán)形火陣列中池火的燃燒速率，發(fā)現(xiàn)隨火源間距離增大，燃燒速率先增大后減小。Satoh等人［8－10］提出了燃盡時(shí)間數(shù)據(jù)分析方法，以油盆中燃料燃盡時(shí)間的倒數(shù)表示燃燒速率，以此定義了火源的相互作用指數(shù)I（m）和相互關(guān)聯(lián)指數(shù)A（m，n），以此研究了火陣列中火焰之間的相互作用。Liu等人［11，14］發(fā)展了燃盡時(shí)間數(shù)據(jù)分析方法，對火陣列中火焰之間的相互作用做了更加詳細(xì)深入的分析。在最近的研究中，Liu等人［14，15］指出，火陣列中火源之間的相互作用機(jī)理在于空氣卷吸受限和熱量反饋增強(qiáng)，并且詳細(xì)地揭示了隨著火源間距的變化兩種作用機(jī)理之間此消彼長的相互競爭關(guān)系。

雖然多火源燃燒的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但是前人的研究在實(shí)驗(yàn)方面相對來說比較粗糙。用氣體燃料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)是由于熱釋放速率恒定，燃燒速率受傳熱的影響無法得以反映；用液體燃料進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)通常未控制液面高度，而液面高度對火焰高度、燃燒速率等參數(shù)都有較大的影響；有的研究所用的池火尺寸太小，火焰對空氣擾動(dòng)非常敏感。前人對于多火源燃燒的火焰高度和燃燒速率有所研究和測量，但是火焰體積以及火焰體積與熱釋放速率的相互關(guān)系未有涉及。

本文通過恒定控制液面高度的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對直徑分別為0.1m、0.2m和0.4m的油池在單個(gè)池火以及兩個(gè)和三個(gè)火源線性排列時(shí)的燃燒特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，通過拍攝的火焰視頻提取火焰高度和火焰體積，并對質(zhì)量燃燒速率進(jìn)行測量。分析了各個(gè)參數(shù)隨火源間距的變化趨勢。同時(shí)，結(jié)合火源之間的相互作用機(jī)理，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了解釋。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)所用油盆的直徑D 為0.1m、0.2m 和0.4m，每組實(shí)驗(yàn)火源的個(gè)數(shù)N為1、2和3。對于N為2和3的實(shí)驗(yàn)，火源排列在同一條直線上，改變火源之間的距離S，變化范圍為S／D＝0、1、2、3、4、5。實(shí)驗(yàn)中，用電子天平測量補(bǔ)油桶的質(zhì)量變化以獲得燃燒速率；用攝像機(jī)全程拍攝了實(shí)驗(yàn)過程中的火焰視頻。實(shí)驗(yàn)用的燃料為純度97%的正庚烷。為了消除液面高度的變化對實(shí)驗(yàn)的影響，采用自主設(shè)計(jì)的液面控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)往油盆中補(bǔ)充燃料，以此來保持液面的高度不變。實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1。油盆示意圖如圖2。從油盆底部自下向上穿入一支熱電偶，熱電偶端點(diǎn)略高于液面，用來監(jiān)測液面的溫度。該熱電偶連接一個(gè)溫度模塊，溫度模塊通過繼電器（主要起到保護(hù)溫度模塊的作用）連接電磁閥，電磁閥安裝在輸油管上。當(dāng)液面高度由于燃料的消耗下降時(shí)，熱電偶的溫度上升，溫度模塊接收到信號控制電磁閥打開，開始補(bǔ)充燃料；當(dāng)液面高度恢復(fù)到原始高度時(shí)，熱電偶溫度下降，溫度模塊接收到信號再次控制電磁閥關(guān)閉。溫度模塊的溫度閾值由實(shí)驗(yàn)得到，對于正庚烷，溫度設(shè)置在98℃～100℃時(shí)控制效果較好。對于不同直徑的池火，由于燃燒速率的不同，電磁閥的響應(yīng)頻率也不同，本實(shí)驗(yàn)中，油池的最高液面與最低液面的高度差能控制在2mm以內(nèi)。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Experimental Equipment

圖2 油盆示意圖Fig.2 Picture of burner

1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

1.2.1 火焰圖像處理

為了獲得火焰高度和火焰體積，我們編寫了一款可以對拍攝的視頻進(jìn)行處理的軟件。該軟件首先將視頻中的每一幀圖片進(jìn)行二值化，將圖像轉(zhuǎn)化為黑白圖片，白色為火焰，黑色是背景，而圖像二值化的閾值可以根據(jù)圖像的亮度自己設(shè)置，以保證處理結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖3～圖5是不同灰度閾值的火焰圖像處理結(jié)果，圖3閾值設(shè)置過低，火焰周圍的較亮區(qū)域也被誤認(rèn)為是火焰，導(dǎo)致處理后的火焰明顯大于真實(shí)火焰輪廓；圖4閾值設(shè)置過高，導(dǎo)致處理后的火焰明小于真實(shí)火焰輪廓；圖5閾值設(shè)置適中，處理后的火焰輪廓與真實(shí)火焰非常相近。

每一幀火焰圖像的高度是從圖像中白色區(qū)域的最高點(diǎn)到最低點(diǎn)之間的像素值，再參照油池直徑將像素轉(zhuǎn)化為長度單位m，從而獲得真實(shí)的火焰高度?；鹧娓叨榷x為所有火焰高度中間歇率為50%的高度?；鹧骟w積采取同樣的處理方法?；鹧鎻南碌缴媳粍澐譃楹芏鄠€(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的高度是一個(gè)像素，每個(gè)小區(qū)域被當(dāng)做一個(gè)圓柱體來計(jì)算體積，火焰體積是所有區(qū)域的體積的加和。脫離主火焰區(qū)的小火點(diǎn)的體積也被計(jì)算在內(nèi)。最后取所有圖像所獲得火焰體積的平均值。

圖3 灰度閾值偏低Fig.3 Gray threshold is too small

圖4 灰度閾值偏高Fig.4 Gray threshold is too large

圖5 灰度閾值適中Fig.5 Gray threshold is proper

圖6 直徑0.4m庚烷池火單個(gè)火源燃燒的質(zhì)量損失Fig.6 Fuel mass variation of 0.4mdiameter single heptane pool fire

1.2.2 質(zhì)量損失速率

直徑0.4m庚烷池火單個(gè)火源燃燒的質(zhì)量損失如圖6所示。實(shí)驗(yàn)中為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性，在點(diǎn)火之前就開始計(jì)時(shí)，前400s左右質(zhì)量不變是因?yàn)闆]有點(diǎn)火。在第434s油桶開始第一次向油盆補(bǔ)充燃料；在第550s燃燒開始變得穩(wěn)定，550s-951s質(zhì)量損失速率穩(wěn)定、平滑，是穩(wěn)定燃燒階段；在第973s關(guān)掉了油桶的閥門，準(zhǔn)備結(jié)束本組實(shí)驗(yàn)；第1200s停止記錄，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。質(zhì)量損失圖準(zhǔn)確清晰地反應(yīng)了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中油桶的質(zhì)量變化，即油盆消耗的燃料的質(zhì)量。從該圖還可看出，穩(wěn)定燃燒階段的質(zhì)量變化周期為30s左右，補(bǔ)油比較頻繁。每次補(bǔ)油量在100g左右，補(bǔ)油最多的一次約為134g，引起的液面高度變化為1.56mm，而補(bǔ)油過程中燃料也在消耗，所以液面高度變化小于1.56mm。質(zhì)量損失速率由穩(wěn)定燃燒階段質(zhì)量曲線的斜率求得。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 火源之間的相互作用機(jī)理

自由燃燒的油池火，燃料蒸發(fā)所需的熱量主要來自于火焰熱反饋，包括對流熱反饋和輻射熱反饋。燃燒所需要的氧氣來自于火焰從周圍卷吸的空氣。多火源燃燒與單個(gè)池火自由燃燒的區(qū)別在于存在火焰之間的相互作用，一方面是火源之間相互傳熱導(dǎo)致熱量反饋加強(qiáng)，同時(shí)火源之間相互競爭空氣導(dǎo)致空氣卷吸受限［14，15］。而隨著火源之間距離的不同這兩種相互作用效應(yīng)的強(qiáng)弱有所變化，多火源燃燒的火焰高度、火焰體積和燃燒速率等特性也隨之呈現(xiàn)出不同的特征。

2.2 火焰高度與火焰體積

用圖像處理軟件處理視頻得到的不同條件下火焰高度和火焰體積的變化趨勢如圖7～圖12。S／D＝6表示該點(diǎn)的數(shù)據(jù)是N＝1對應(yīng)的數(shù)據(jù)，為了便于比較，與N＝2、3的數(shù)據(jù)繪在了同一幅圖中。圖7和圖8是直徑0.1m的池火多火源燃燒的火焰高度和火焰體積。整體來看，N＝2、3的火焰高度都大于N＝1的火焰高度，而且隨著S／D的減小，火焰高度逐漸增加。主要因?yàn)槎嗷鹪慈紵龝r(shí)火源之間的相互傳熱使燃燒速率增大，而火焰高度與燃燒速率有正相關(guān)關(guān)系?；鹪传@得的熱量越多，燃燒速率越大，則火焰應(yīng)越高。N＝3時(shí)，中間的火源同時(shí)接收兩側(cè)兩個(gè)火源的熱量；邊上的火源接收中間火源的輻射傳熱，接收到的另一側(cè)的火源的輻射相比于從中間火源接收的熱量微乎其微，一是因?yàn)榫嚯x較遠(yuǎn)，二是因?yàn)檩椛鋫鳠崾艿街虚g火源的阻擋。所以中間火源接收的熱量大于邊上火源接收的熱量，因而中間火源的高度高于邊上火源的高度。N＝3時(shí)的邊上火源接收的熱量相對于N＝2時(shí)的火源接收的熱量雖略多，但三火源燃燒對于空氣卷吸的競爭比兩火源燃燒要激烈，存在兩種作用機(jī)制的相互競爭，難以定性判斷火焰高度的大小。而從圖7的曲線可以看出，N＝2時(shí)的火焰高度大于N＝3時(shí)邊上的火焰高度?；鹧娓叨入SS／D的減小雖然整體呈增大趨勢，但是由于復(fù)雜的火源之間的相互作用，火焰高度曲線并非平滑上升。

熱量反饋的加強(qiáng)會(huì)使燃料蒸發(fā)更快，從而使燃燒速率加快，那么火焰高度和火焰體積也都會(huì)隨之增大。但是空氣卷吸對燃燒特性的影響比較復(fù)雜。一方面由于火源之間對于空氣的競爭使得每一個(gè)火源對空氣的卷吸都受到限制，火焰不能獲得足夠的氧氣因而被拉長去接觸更多的空氣，即火焰高度會(huì)變大，這也是火焰向中間傾斜的原因［5］。另一方面，氧氣不足則燃燒不充分，同等質(zhì)量的燃料燃燒釋放的熱量減小，液面接收的熱量反饋減小，又會(huì)降低燃燒速率，火焰高度和火焰體積也會(huì)隨之降低。Liu等人［14，15］在對方形火陣列的研究中根據(jù)火源之間距離的變化將火源之間的相互作用機(jī)制劃分為三個(gè)區(qū)域：火源之間距離較小時(shí)空氣卷吸的限制作用占主導(dǎo)地位，距離較大時(shí)熱量反饋加強(qiáng)占主導(dǎo)地位，在這兩個(gè)區(qū)域中間是兩種機(jī)制相互競爭的區(qū)域。本研究中，由于火源數(shù)量較少，空氣卷吸的限制作用相對較弱。在圖7中，S／D大于4時(shí)，空氣卷吸的限制作用較小，熱量反饋增強(qiáng)效應(yīng)占主導(dǎo)作用；S／D為2～4時(shí)空氣卷吸限制作用增強(qiáng)，兩種作用機(jī)制相互競爭；S／D為0～2時(shí)，兩種作用機(jī)制的效應(yīng)都會(huì)增大，但是熱量反饋加強(qiáng)效應(yīng)再次占主導(dǎo)作用。在S／D＝0時(shí)，火焰合并在一起，此時(shí)只考慮火源之間的相互傳熱，不考慮空氣卷吸的限制作用。當(dāng)S／D非常大時(shí)，不存在火源之間的相互作用，火源的燃燒特性與單個(gè)池火自由燃燒相同。

火焰體積的變化趨勢與火焰高度基本是一致的。圖8中，S／D＝1時(shí)的中間火源的火焰體積明顯的大，這跟圖像處理方法有關(guān)。這種實(shí)驗(yàn)條件下火焰明顯地向中間傾斜，相鄰火源之間的距離僅0.1m，圖像處理時(shí)難以將三個(gè)火焰區(qū)分開來，兩側(cè)火源的部分火焰被計(jì)算在了中間火源的火焰中，導(dǎo)致中間火源的火焰體積偏大。

直徑0.2m的庚烷池火多火源燃燒的火焰高度和火焰體積，與直徑0.1m的情況類似，只是三個(gè)區(qū)域的劃分不太明顯。直徑0.4m的庚烷池火多火源燃燒的火焰高度同樣隨S／D的減小而增大，S／D為2～4的范圍也可認(rèn)為是兩種相互作用機(jī)制競爭的區(qū)域。對于火焰體積，N＝3時(shí)中間火焰的體積隨S／D的減小呈微小上升趨勢，但是在S／D＝3時(shí)由于兩種作用機(jī)制復(fù)雜的相互競爭作用，火焰體積減小。對于N＝3時(shí)兩側(cè)的火焰體積以及N＝2時(shí)的火焰體積基本穩(wěn)定不變，因?yàn)榛鹧娓叨缺緛碜兓筒淮?，再者火焰頂部的寬度較小，對火焰體積貢獻(xiàn)不大。

圖7 直徑0.1m池火多火源燃燒火焰高度Fig.7 Flame heights of multiple heptane pool fires burning（D＝0.1m）

圖8 直徑0.1m池火多火源燃燒火焰體積Fig.8 Flame volumes of multiple heptane pool fires burning（D＝0.1m）

2.3 燃燒速率

直徑0.1m、0.2m和0.4m的庚烷池火多火源燃燒的燃燒速率分別如圖13～圖15?？傮w來看，不同直徑和不同位置火源的燃燒速率都隨著S／D的減小而增加。N＝3的燃燒速率大于N＝2的燃燒速率，大于N＝1的燃燒速率。這樣的燃燒速率變化規(guī)律，主要是由于火源獲得熱量的多少?zèng)Q定的。上已述及，相同直徑的火源接收熱量的大小順序?yàn)椋喝鹪慈紵虚g火源大于兩火源燃燒，兩火源燃燒大于單火源燃燒，從燃燒速率曲線圖也能看出來。但是三火源燃燒邊上的火源與兩火源燃燒差別不大，另外由于空氣卷吸限制作用的影響，這兩個(gè)位置上火源的燃燒速率就難以區(qū)分大小。

圖9 直徑0.2m池火多火源燃燒火焰高度Fig.9 Flame heights of multiple heptane pool fires burning（D＝0.2m）

圖10 直徑0.2m池火多火源燃燒火焰體積Fig.10 Flame volumes of multiple heptane pool fires burning（D＝0.2m）

圖11 直徑0.4m池火多火源燃燒火焰高度Fig.11 Flame heights of multiple heptane pool fires burning（D＝0.4m）

燃燒速率曲線的變化趨勢與火焰高度的變化有相似之處，也可以認(rèn)為S／D為2～4的范圍是熱量反饋加強(qiáng)與空氣卷吸限制作用相互競爭的區(qū)域，S／D大于4和小于2時(shí)熱量反饋加強(qiáng)效應(yīng)在火源相互作用中占主導(dǎo)。對于直徑0.1m和0.2m的油池，S／D為2～4的范圍內(nèi)，空氣卷吸受限效應(yīng)與熱量反饋增強(qiáng)效應(yīng)的競爭不如直徑0.4m的油池明顯，這與火源之間對空氣的競爭程度有關(guān)。S／D由4到2的變化過程中，直徑0.1m油池的燃燒速率上升較快，直徑0.2m的油池變化平緩，而直徑0.4m的油池在S／D為3處出現(xiàn)拐點(diǎn)，可見池火對空氣的卷吸與S／D并非線性關(guān)系，油池直徑越大在S／D相同時(shí)對空氣卷吸的競爭越大。我們對0.4m的池火在S／D為3時(shí)進(jìn)行了重復(fù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該拐點(diǎn)是空氣卷吸的影響而不是實(shí)驗(yàn)誤差。

圖12 直徑0.4m池火多火源燃燒火焰體積 Fig.12 Flame volumes of multiple heptane pool fires burning（D＝0.4m）

圖13 直徑0.1m庚烷池火多火源燃燒速率Fig.13 Burning rates of multiple heptane pool fires burning（D＝0.1m）

圖14 直徑0.2m庚烷池火多火源燃燒速率Fig.14 Burning rates of multiple heptane pool fires burning（D＝0.2m）

圖15 直徑0.4m庚烷池火多火源燃燒速率Fig.15 Burning rates of multiple heptane pool fires burning（D＝0.4m）

2.4 火焰體積與熱釋放速率的關(guān)系

火焰體積與燃燒速率的變化趨勢已分別做了討論，下面來看二者的相互關(guān)系?；鹧娓叨扰c熱釋放速率有很好的相關(guān)關(guān)系，那么火焰體積與熱釋放速率很有可能也是相關(guān)的。De Ris［16］指出有機(jī)燃料的單位火焰體積的熱釋放速率應(yīng)該是一個(gè)常數(shù)，因?yàn)橛袡C(jī)燃料燃燒時(shí)消耗單位質(zhì)量的氧氣所釋放的熱量是相同的，不管燃燒效率是多少。通過假設(shè)火焰體積，他計(jì)算的單位火焰體積的熱釋放速率對于PMMA、PP和PS分別為2380W／m3，2505W／m3和2588W／m3。Orloff和 De Ris［17］對直徑0.38m和0.76m的丙烯、甲烷和PMMA池火的研究發(fā)現(xiàn)單位火焰體積的熱釋放速率是一個(gè)常數(shù)，約為1200kW／m3。Stratton［18］對家具火的研究也發(fā)現(xiàn)單位火焰體積對應(yīng)的熱釋放速率是一個(gè)常數(shù)，約為800kW／m3。

我們把所有實(shí)驗(yàn)的火焰體積和熱釋放速率繪于圖16中，對稱位置的火焰體積和熱釋放速率取二者的平均值。燃燒效率以0.92［19］計(jì)算。將三組不同直徑庚烷池火的數(shù)據(jù)一起擬合得到的斜率（單位火焰體積的熱釋放速率）為1614kW／m3，對直徑0.1m、0.2m和0.4m的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別擬合，得到的單位火焰體積的熱釋放速率分別為3536kW／m3、1955kW／m3和1607kW／m3。

圖16 火焰體積與熱釋放速率的相互關(guān)系Fig.16 Relationship between heat release rates and flame volumes

3 結(jié)論

通過恒定控制液面高度的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對直徑0.1m、0.2m和0.4m的庚烷池火單個(gè)、兩個(gè)和三個(gè)火源線性排列的火焰高度、火焰體積和燃燒速率等特性進(jìn)行了研究。主要結(jié)論如下。

（1）火焰高度、火焰體積和燃燒速率等特性參數(shù)的大小規(guī)律是三火源燃燒中間火源大于兩火源燃燒，大于單個(gè)火源燃燒，三火源燃燒邊上的火源與兩火源燃燒的火源難以區(qū)分大小。隨著火源間距的減小，火焰高度、火焰體積和燃燒速率都呈現(xiàn)增大趨勢。

（2）空氣卷吸受限和熱量反饋加強(qiáng)是多火源之間相互作用的兩種機(jī)制。整體來看，S／D大于4時(shí)，熱量反饋增強(qiáng)效應(yīng)占主導(dǎo)作用；S／D為2～4時(shí)兩種作用機(jī)制相互競爭；S／D為0～2時(shí)熱量反饋加強(qiáng)效應(yīng)再次占主導(dǎo)作用；在S／D＝0時(shí)，火焰合并在一起；當(dāng)S／D→∞時(shí)，不存在火源之間的相互作用。

（3）火焰體積與熱釋放速率有較好的線性相關(guān)關(guān)系，單位火焰體積的熱釋放速率約為1614kW／m3。

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Experimental study on combustion characteristics of multiple heptane pool fires

LI Zheng，LIU Nai-an

（State Key Laboratory of Fire Science，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China）

Multiple fires burning is typical in forest and urban fires.In this work，burning of multiple heptane pool fires was investigated by experiments，in which the height of fuel surface was kept constant.The flame height，flame volume and burning rate for single fire，two fires and three fires of heptane pools being in line were studied experimentally.Pool diameters of 0.1m，0.2mand 0.4mwere used in the experiments.It was found that the flame height，flame volume and burning rate of the central fire in three fires burning were larger than those in burning of two fires and single fire.The flame height，flame volume and burning rate increased gradually with decreasing fire spacing.It was also found that the interaction mechanisms vary with fire spacing.Heat transfer enhancement is the dominant effect when S／D （where S is the fire spacing，and Dis the pool diameter）is larger than 4and smaller than 2.When S／Dis 2～4，heat transfer enhancement and air entrainment limitation compete with each other.The volumetric heat release rate was found to be nearly a constant of 1614kW／m3.

heptane pool fire；multiple fires burning；flame height；flame volume；burning rate

X954

A

1004-5309（2012）-0109-08

10.3969／j.issn.1004-5309.2012.03.01

2012-05-18；修改日期：2012-06-08

李 政（1988-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槎嗷鹪慈紵匦浴?/p>

劉乃安，liunai＠ustc.edu.cn