不同可燃液體層高度下浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床組合燃燒特性實(shí)驗(yàn)研究

可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)燃燒現(xiàn)象，廣泛存在于化工、能源、環(huán)保等行業(yè)[1]，其燃燒蔓延行為明顯區(qū)別于液體火[2-5]。對(duì)于可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)燃燒的研究和理解不僅有利于此類(lèi)火災(zāi)的安全防控，還有利于多孔介質(zhì)環(huán)境（土壤、砂地）中可燃液體泄漏污染的去污化處理。相比純液體燃料燃燒獲得廣泛研究和關(guān)注[6-10]，目前對(duì)于可燃液體泄漏浸潤(rùn)多孔介質(zhì)燃燒行為和關(guān)鍵參數(shù)變化規(guī)律的關(guān)注相對(duì)較少[11]。

現(xiàn)有關(guān)于可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)燃燒的相關(guān)研究主要集中在非傳播型擴(kuò)散火焰燃燒特性及火焰蔓延行為[12-26]。對(duì)于液體燃料浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床非傳播型擴(kuò)散火焰燃燒特性的研究，學(xué)者們主要關(guān)注燃燒過(guò)程中燃料質(zhì)量損失速率、砂床內(nèi)部溫度、火焰特征等特征參數(shù)以及毛細(xì)效應(yīng)和相變主導(dǎo)的傳熱傳質(zhì)過(guò)程。Kong等[12]研究了可燃液體浸潤(rùn)不同深度多孔介質(zhì)砂床的非傳播型擴(kuò)散火焰燃燒特性，揭示了燃燒初期階段傳熱主導(dǎo)機(jī)制以及不同砂床浸潤(rùn)深度下的毛細(xì)效應(yīng)傳質(zhì)特性。Chao等[13]研究了不同多孔介質(zhì)砂床和燃料種類(lèi)組合下的燃燒行為，分別使用了普通砂、鋼珠、沸石，和甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇，建立了一個(gè)基于導(dǎo)熱主控機(jī)制的砂床內(nèi)部傳熱模型，可以用來(lái)在一定程度上預(yù)測(cè)燃料消耗。Chen等[14]研究了柴油燃料浸潤(rùn)不同粒徑的松木粉組成的多孔床，分析了共燃過(guò)程中火焰高度、脈動(dòng)頻率、質(zhì)量損失速率、多孔床溫度分布等參數(shù)的變化規(guī)律。

對(duì)于液體燃料浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床傳播型燃燒場(chǎng)景，前人主要關(guān)注其火蔓延特征行為和火蔓延速度等參數(shù)以及環(huán)境風(fēng)、坡度的影響。Hirano等[16]對(duì)原油浸潤(rùn)多孔介質(zhì)污泥表面火焰蔓延特性展開(kāi)了研究，出于火災(zāi)安全角度，對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的蔓延機(jī)制進(jìn)行了初步探索。Zanganeh等[17]研究了有限燃料供應(yīng)潤(rùn)濕條件下可燃液體浸潤(rùn)多孔床表面水平火蔓延速度和溫度分布，結(jié)合對(duì)可燃液體和多孔介質(zhì)的傳熱分析，定性地解析了多孔介質(zhì)內(nèi)部傳質(zhì)輸運(yùn)過(guò)程。隨后Zanganeh等[18]進(jìn)一步研究了可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床傾斜火蔓延行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著坡度增加，砂床表面火蔓延速度顯著降低，并且相較于向下蔓延，火焰向上蔓延速度更快。Ishida[19]研究了可燃液體浸潤(rùn)玻璃珠多孔床表面火蔓延行為。研究發(fā)現(xiàn)與液體火蔓延相比，可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床表面蔓延速度顯著降低，火蔓延特性與由毛細(xì)效應(yīng)和相變主導(dǎo)的傳質(zhì)供應(yīng)率和火焰前沿燃料消耗率比值有關(guān)。隨后，Ishida等[20-22]進(jìn)一步研究了環(huán)境風(fēng)作用下的可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床表面火蔓延，發(fā)現(xiàn)砂床表面的火蔓延行為與環(huán)境風(fēng)作用下砂床表面可燃蒸氣層結(jié)構(gòu)有關(guān)，并提出了一種描述可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)表面火蔓延模式的表征方法。Zanganeh等[23]研究了有限燃料供應(yīng)潤(rùn)濕條件下砂床表面火蔓延。通過(guò)Damk?hler數(shù)分析，分別對(duì)無(wú)風(fēng)環(huán)境、順流、逆流條件下的火蔓延速度變化規(guī)律進(jìn)行了解析。Fu等[24]研究了不同燃料比和粒徑條件下柴油浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床表面火蔓延。研究發(fā)現(xiàn)，火蔓延速度隨著燃料比的增大和粒徑的減小而增大。對(duì)于低燃料比場(chǎng)景，毛細(xì)效應(yīng)和砂床導(dǎo)熱是主導(dǎo)因素，而對(duì)于高燃料比工況，液體對(duì)流和火焰輻射是主控因素。

上述典型研究大多是在浸潤(rùn)或潤(rùn)濕狀態(tài)下，即可燃液體充滿砂床孔隙（浸潤(rùn)）或可燃液體較少部分浸潤(rùn)多孔介質(zhì)的情形（潤(rùn)濕）。當(dāng)可燃液體泄漏量較大時(shí)，還可能受到邊界限制在多孔介質(zhì)浸潤(rùn)層上方形成一定厚度的純液體層。液體層的存在會(huì)影響向浸潤(rùn)多孔介質(zhì)層的傳熱，浸潤(rùn)石英砂層也會(huì)影響液體層燃燒行為，這種組合燃燒特性還未得到充分研究。本工作重點(diǎn)關(guān)注液體層高度這一影響因素，對(duì)組合場(chǎng)景下砂層上方液體層燃燒行為及可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床燃燒行為進(jìn)行了專(zhuān)題研究，針對(duì)液體層和浸潤(rùn)砂層燃燒特性主要表征參數(shù)，質(zhì)量損失速率、火焰高度、羽流溫度分布和砂床溫度分布進(jìn)行了測(cè)量和分析，探究了液體層和浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂層燃燒相互影響機(jī)制。當(dāng)前研究可為此類(lèi)火災(zāi)問(wèn)題安全防治和應(yīng)急處理提供一定程度的參考。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和程序

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量系統(tǒng)

可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床燃燒實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。使用4個(gè)圓形不銹鋼燃料盤(pán)，其高度分別為60、80、100、120 mm，內(nèi)徑均為80 mm，燃料盤(pán)外表面用20 mm石棉包裹以減少熱損失。使用精度為0.1 g電子天平測(cè)量質(zhì)量損失速率。兩臺(tái)高清攝像機(jī)用于記錄火焰結(jié)構(gòu)特性，拍攝速度為25幀/s，正面攝像機(jī)位于燃料盤(pán)前方1500 mm處，側(cè)面攝像機(jī)距燃料盤(pán)水平距離為800 mm?；鹧娓叨雀鶕?jù)前人推薦的識(shí)別算法從相機(jī)視頻中提取，定義火焰出現(xiàn)概率為0.5位置為當(dāng)前研究中的火焰高度[27]。使用0.5 mm直徑的K形熱電偶測(cè)量砂床、液體層及羽流軸向溫度，如圖2所示（液體層為60 mm工況）。以多孔介質(zhì)砂床表面為y=0基準(zhǔn)面，砂床內(nèi)部布置3×3陣列測(cè)點(diǎn)，橫坐標(biāo)分別為x=0、-20、-35 mm，縱坐標(biāo)分別為y=-15、-30、-50 mm。液體層設(shè)置3×3陣列測(cè)點(diǎn)，橫坐標(biāo)與砂床相同，縱坐標(biāo)分別為y=10、30、50 mm。16個(gè)測(cè)點(diǎn)設(shè)置于火焰羽流軸向中心線，臨近火焰底部測(cè)點(diǎn)位于初始液面上方10 mm處，近火焰區(qū)測(cè)點(diǎn)間距為30 mm，較遠(yuǎn)區(qū)域間距為50 mm。

圖1

圖1   實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

Fig.1   Experimental configuration

圖2

圖2   溫度測(cè)點(diǎn)布置圖

Fig.2   Layout of thermocouple points

1.2 實(shí)驗(yàn)工況

可燃液體選擇體積濃度為99.9%（體積）乙醇，多孔介質(zhì)砂床由純度為96%(質(zhì)量)石英砂堆積而成，使用3種粒度的石英砂，平均直徑分別為0.191、1.800、3.175 mm。初始液體層高度是通過(guò)定制的燃料盤(pán)控制。對(duì)于特定高度的燃料盤(pán)，加注燃料至液面與燃料盤(pán)表面齊平，可燃液體首先會(huì)浸潤(rùn)充滿石英砂層孔隙，隨后在其上方積聚形成一定高度液體層。石英砂層高度為60 mm，考慮4種砂層上方液體層高度工況，分別為0、20、40、60 mm。燃燒過(guò)程中，液面隨著燃料消耗逐漸下降，液面與燃料盤(pán)邊緣高度差會(huì)對(duì)燃燒存在一定程度影響，但對(duì)當(dāng)前研究的影響相對(duì)有限，前人研究已做出很好的解釋[9, 12]。此外，設(shè)置了空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)，即純液體池火，使用燃料盤(pán)內(nèi)徑為80 mm，高度為60 mm，加注乙醇燃料層高度為60 mm。環(huán)境溫度為33℃，濕度為72%，每個(gè)工況重復(fù)1~2次。溫度、質(zhì)量損失、火焰高度數(shù)據(jù)相對(duì)誤差分別不超過(guò)8.63%、9.65%和12.24%。

2 結(jié)果與分析

2.1 燃料質(zhì)量損失特性

圖3給出了液體層和浸潤(rùn)石英砂層燃料質(zhì)量損失速率。由圖可知，對(duì)僅有浸潤(rùn)石英砂層工況（h=0 mm），質(zhì)量損失速率在初始階段快速增長(zhǎng)，隨后維持準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，最后隨著燃料消耗，火焰逐漸熄滅。當(dāng)存在液體層時(shí)（h=20~60 mm），從質(zhì)量損失速率上可以區(qū)分為液體層燃燒階段和浸潤(rùn)石英砂層燃燒階段。液體層燃燒階段相比于浸潤(rùn)石英砂層更為穩(wěn)定，質(zhì)量損失速率波動(dòng)更小，這可歸因于燃料蒸氣從液體層和浸潤(rùn)石英砂層溢出過(guò)程中輸運(yùn)特性差異。對(duì)于液體層燃燒階段，可燃液體受熱蒸發(fā)可直接參與燃燒，反應(yīng)速率相對(duì)更快。對(duì)于浸潤(rùn)石英砂層燃燒階段，浸潤(rùn)其中的可燃液體接受上層傳熱汽化后，從砂床孔隙中溢出參與燃燒，該過(guò)程受熱浮力驅(qū)動(dòng)，同時(shí)受砂床孔隙特性影響，表現(xiàn)在質(zhì)量損失速率數(shù)據(jù)上較為波動(dòng)。

圖3

圖3   不同液體層高度工況下燃料質(zhì)量損失速率

Fig.3   Fuel mass loss rate at different liquid layer thickness

圖4給出了準(zhǔn)穩(wěn)定燃燒階段質(zhì)量損失速率及空白對(duì)照組實(shí)驗(yàn)結(jié)果。液體層和浸潤(rùn)石英砂層組合燃燒穩(wěn)定時(shí)段的質(zhì)量損失速率小于純液體池火的質(zhì)量損失速率。液體層存在可以增大浸潤(rùn)石英砂層燃燒階段的質(zhì)量損失速率[圖4（a）]，這可歸因于液體層中可燃液體燃燒對(duì)石英砂層中液體燃料的預(yù)熱。在組合燃燒過(guò)程中，浸潤(rùn)石英砂層中可燃液體需要先吸熱完成相變，隨后燃料蒸氣從砂層孔隙中溢出參與燃燒。在液體層中可燃液體消耗殆盡前，石英砂層中可燃液體是液態(tài)的，但液體層預(yù)熱作用可將其從初始溫度加熱到沸點(diǎn)溫度。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，20~60 mm液體層具有較明顯的預(yù)熱效果。而對(duì)于h=0 mm工況，石英砂層中液體燃料要先升溫到沸點(diǎn)溫度，然后發(fā)生相變參與燃燒。由于沒(méi)有預(yù)熱過(guò)程，其質(zhì)量損失速率是小于存在液體層工況的。而對(duì)于h=20~60 mm時(shí)，浸潤(rùn)石英砂層燃燒階段質(zhì)量損失速率整體保持穩(wěn)定趨勢(shì)，這可能和石英砂層厚度有關(guān)。對(duì)于60 mm石英砂層，20~60 mm的液體層均可使砂層中可燃液體得到較好預(yù)熱。此外，粒徑對(duì)質(zhì)量損失速率存在影響。當(dāng)h=0 mm時(shí)，浸潤(rùn)石英砂層燃燒質(zhì)量損失速率隨粒徑增大而減小，這可能與砂床毛細(xì)作用有關(guān)。毛細(xì)作用是指液體在細(xì)管狀物體內(nèi)自發(fā)上升或下降的現(xiàn)象，其本質(zhì)受到內(nèi)聚力和附著力組合的表面張力驅(qū)動(dòng)[28]。石英砂堆積床可被視為是一簇毛細(xì)管束[1]，可以通過(guò)毛細(xì)作用在一定程度上提升燃料。當(dāng)液體層中可燃液體消耗殆盡，浸潤(rùn)石英砂層中可燃液體開(kāi)始燃燒時(shí)，毛細(xì)作用影響逐漸顯現(xiàn)。毛細(xì)力與砂子顆粒尺寸直徑成反比關(guān)系[12-13]。粒徑越小，毛細(xì)效應(yīng)向上輸送燃料能力越強(qiáng)，本實(shí)驗(yàn)中，0.191 mm粒徑工況具有相對(duì)強(qiáng)的毛細(xì)效應(yīng)，其燃燒質(zhì)量損失速率也更快。

圖4

圖4   不同液體層高度工況穩(wěn)定階段質(zhì)量損失速率

Fig. 4   Mass loss rate at stable combustion stage at different liquid layer thickness cases

從圖4（b）可以看出，液體層中可燃液體燃燒階段質(zhì)量損失速率隨液體層高度增加而減小，這可以從兩方面解釋。首先，隨著燃燒推進(jìn)，液體層高度逐漸下降，燃料盤(pán)邊緣對(duì)于卷吸的限制會(huì)逐漸增加。液體層高度越大，則其可燃液體燃燒殆盡時(shí)燃料盤(pán)內(nèi)液面下降高度越大，這對(duì)空氣卷吸的限制作用更明顯。此外，液體層高度越大，可燃液體燃燒階段向下方石英砂層轉(zhuǎn)移的熱量也更多。相比于常規(guī)液體池火而言，由于石英砂層的存在，液體層接收的熱量（火焰帶來(lái)的對(duì)流換熱、熱輻射及燃料盤(pán)導(dǎo)熱）會(huì)有一部分被傳遞給石英砂層，這在一定程度上影響了液體層中可燃液體燃燒速率。此外，液體層可燃液體質(zhì)量損失速率隨下方砂層粒徑增大而增大

2.2 火焰特征和羽流溫度分布

圖5給出了典型工況火焰特征?？梢钥闯觯?dāng)液體燃料剛被點(diǎn)燃時(shí)，火焰迅速覆蓋砂床表面。隨著燃燒時(shí)間推移，表面火焰對(duì)燃料的輻射加熱持續(xù)增加，使參與燃燒反應(yīng)的可燃蒸氣增加，砂床中心火焰高度快速增加。隨著砂床中心積聚更多燃料蒸氣以及砂床內(nèi)部溫度升高使得燃料蒸氣輸運(yùn)速率加快，燃燒反應(yīng)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，中心火焰逐漸增長(zhǎng)到最大高度隨后逐漸維持穩(wěn)定。此后，砂床上部浸潤(rùn)燃料被消耗，只能依賴(lài)砂床深處燃料供應(yīng)維持燃燒，且蒸氣需要經(jīng)過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)距離溢出至砂床表面，這一定程度影響了燃燒速率，中心火焰高度逐漸降低。

圖5

圖5   典型工況火焰特征（d=1.800 mm, h=0 mm）

Fig.5   Flame characteristics in the typical case (d=1.800 mm, h=0 mm)

圖6給出了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)段火焰高度數(shù)據(jù)及空白對(duì)照組火焰高度?；鹧娓叨茸兓厔?shì)與穩(wěn)定燃燒階段質(zhì)量損失速率數(shù)據(jù)類(lèi)似，整體上表現(xiàn)為隨液體層高度增加先增大而后幾乎不變。液體池火的火焰明顯高于液體層和浸潤(rùn)石英砂層組合燃燒場(chǎng)景火焰高度。對(duì)于僅有浸潤(rùn)石英砂層的工況，火焰高度隨石英砂粒徑增大而減小，這可歸因于更小粒徑的砂床具有更強(qiáng)毛細(xì)力輸運(yùn)燃料，火焰需要擴(kuò)展更長(zhǎng)距離卷吸空氣消耗燃料。對(duì)于存在液體層工況，火焰高度明顯增大，這也與液體層提供了更多燃料有關(guān)，且此階段火焰高度隨粒徑增大而增大。

圖6

圖6   不同液體燃料層高度工況火焰高度

Fig.6   Flame height under different liquid fuel layer height

圖7給出了準(zhǔn)穩(wěn)定時(shí)段火焰及羽流軸向溫度數(shù)據(jù)。液體層高度對(duì)擴(kuò)散火焰羽流軸向溫度影響不明顯，而粒徑對(duì)羽流軸向溫度存在輕微影響，隨著粒徑增大，羽流溫度呈現(xiàn)出一定微弱衰減。這可通過(guò)質(zhì)量損失速率得到解釋?zhuān)皆叫?，砂床通過(guò)毛細(xì)效應(yīng)輸運(yùn)燃料能力越強(qiáng)，燃燒質(zhì)量損失速率也就越大，體現(xiàn)為更高火焰羽流溫度。為了定量分析火焰及羽流軸向溫度，引入了McCaffrey羽流關(guān)系[29]。從圖7可以看出，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可被很好地描述。在連續(xù)火焰區(qū)域，火焰軸向溫度接近于常數(shù)，而在間歇火焰區(qū)域和浮力羽流區(qū)域的溫度逐漸衰減。

圖7

圖7   火焰羽流軸向溫度分布

Fig.7   Axial temperature distribution of flame plumes

連續(xù)火焰區(qū)域： Tf(z)?T∞T∞=2.029$\frac{T_f\left(z\right)-T_{\infty }}{T_{\infty }}=2.029$，(z?z0)/DQ˙*2/5<1.005$\frac{(z-z_0)/D}{{\dot{Q}}^{*2/5}}<1.005$(1)

間歇火焰區(qū)域： Tf(z)?T∞T∞=1.954[(z?z0)/DQ˙*2/5]?0.232$\frac{T_f\left(z\right)-T_{\infty }}{T_{\infty }}=1.954{\left(\frac{(z-z_0)/D}{{\dot{Q}}^{*2/5}}\right)}^{-0.232}$，

1.005≤(z?z0)/DQ˙*2/5≤2.373$1.005\le \frac{(z-z_0)/D}{{\dot{Q}}^{*2/5}}\le 2.373$(2)浮力羽流區(qū)域： Tf(z)?T∞T∞=7.077[(z?z0)/DQ˙*2/5]?1.754$\frac{T_f\left(z\right)-T_{\infty }}{T_{\infty }}=7.077{\left(\frac{(z-z_0)/D}{{\dot{Q}}^{*2/5}}\right)}^{-1.754}$，(z?z0)/DQ˙*2/5>2.373$\frac{(z-z_0)/D}{{\dot{Q}}^{*2/5}}>2.373$(3)

式中,Tf(z)$T_f\left(z\right)$為高度z$z$處的火焰羽流溫度；T∞$T_{\infty }$為環(huán)境溫度；D為燃料盤(pán)直徑；z0$z_0$為虛點(diǎn)源位置， z0=0.083Q˙2/5?1.02D$z_0=0.083{\dot{Q}}^{2/5}-1.02D$；Q˙*${\dot{Q}}^{*}$為無(wú)量綱熱釋放速率，Q˙*=Q˙/ρ∞cpT∞g1/2D5/2${\dot{Q}}^{*}=\dot{Q}/{\rho }_{\infty }{c}_p{T}_{\infty }{g}^{1/2}{D}^{5/2}$，其中Q˙=χm˙ΔH$\dot{Q}=\chi \dot{m}\Delta H$，ΔH$\Delta H$為熱值，m˙$\dot{m}$為與溫度數(shù)據(jù)提取自相同時(shí)間段的質(zhì)量損失速率數(shù)據(jù)，χ$\chi$為燃燒效率，χ=1.0$\chi =1.0$[30]。

2.3 多孔介質(zhì)內(nèi)部溫度分布

圖8給出了石英砂層溫度變化。石英砂層溫度先緩慢增長(zhǎng)，隨后在78.7~79.0℃基本維持不變，該溫度接近乙醇沸點(diǎn)溫度78.3℃[12]，持續(xù)一段時(shí)間后，溫度再次快速增長(zhǎng)達(dá)到峰值?？梢酝茰y(cè)，在緩慢增長(zhǎng)過(guò)程中，燃料仍處于液態(tài)，液體溫度逐漸從初始溫度升高到沸點(diǎn)溫度，而在溫度維持不變階段，應(yīng)該是氣液共存狀態(tài)，可燃液體正在發(fā)生汽化相變過(guò)程。隨后，該位置可燃液體完全變?yōu)檎魵?，溫度再次快速上升直至達(dá)到峰值。

圖8

圖8   不同液體層高度下石英砂層內(nèi)部溫度（d=0.191 mm系列工況）

Fig.8   Internal temperature of quartz sand layer under different liquid layer height（d=0.191 mm series cases）

當(dāng)液體層中可燃液體燃燒殆盡，浸潤(rùn)石英砂層中可燃液體開(kāi)始燃燒時(shí)，其內(nèi)部可劃分為三個(gè)典型區(qū)域：上部蒸氣區(qū)（干區(qū)：燃料蒸氣和石英砂）、中部氣液共存區(qū)（相變區(qū)）、底層液相區(qū)（濕區(qū)：可燃液體和石英砂），如圖9所示。根據(jù)石英砂層內(nèi)典型位置完成相變時(shí)間，可對(duì)蒸氣區(qū)平均移動(dòng)速度進(jìn)行估算。圖9給出了蒸氣區(qū)平均移動(dòng)速度。隨液體層高度增加，蒸氣區(qū)移動(dòng)速度呈現(xiàn)出增大趨勢(shì)。粒徑對(duì)于蒸氣區(qū)移動(dòng)速度存在影響，粒徑越小，蒸氣區(qū)移動(dòng)速度相對(duì)越快。粒徑0.191 mm工況移動(dòng)速度明顯大于其他工況，這可以歸因于毛細(xì)作用的差異以及溫度引發(fā)的蒸發(fā)效應(yīng)[22]。

圖9

圖9   浸潤(rùn)石英砂層中可燃液體燃燒階段蒸氣區(qū)平均移動(dòng)速度

Fig.9   Average movement speed of vapor zone in combustible liquid burning stage of quartz sand layer

3 結(jié) 論

為了探究不同可燃液體層高度下浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床組合燃燒特性，開(kāi)展了一系列可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)燃燒實(shí)驗(yàn)。關(guān)注了燃燒質(zhì)量損失速率、多孔介質(zhì)砂床內(nèi)部溫度、火焰高度和羽流溫度等特征參數(shù)的演化規(guī)律，主要結(jié)論如下。

（1）當(dāng)前實(shí)驗(yàn)中，可燃液體層對(duì)浸潤(rùn)石英砂層燃燒特性具有一定的影響。當(dāng)僅有浸潤(rùn)石英砂層時(shí)，燃料質(zhì)量損失速率隨著石英砂粒徑增大而減小。當(dāng)存在液體層時(shí)，浸潤(rùn)石英砂層燃燒質(zhì)量損失速率明顯增大，這歸因于液體層燃燒對(duì)浸潤(rùn)石英砂層可燃液體的預(yù)熱作用。

（2）在液體層高度h=20~60 mm范圍內(nèi)，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)燃燒階段火焰高度隨液體層高度增加先增加而后幾乎不變，整體表現(xiàn)為與質(zhì)量損失速率類(lèi)似的趨勢(shì)?；谇叭送扑]的羽流關(guān)系和當(dāng)前實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得了適用于描述可燃液體浸潤(rùn)多孔介質(zhì)砂床火焰及羽流軸向溫度的經(jīng)驗(yàn)公式。

（3）在78.7~79.0℃范圍內(nèi)，浸潤(rùn)石英砂層內(nèi)部出現(xiàn)溫度增長(zhǎng)遲滯，該溫度接近液體燃料沸點(diǎn)。浸潤(rùn)石英砂層燃燒階段其內(nèi)部可分為蒸氣區(qū)（干區(qū)）、氣液共存區(qū)、液相區(qū)（濕區(qū)）。隨著液體層高度增加和砂子粒徑減小，浸潤(rùn)石英砂層內(nèi)部蒸氣區(qū)移動(dòng)速度呈增大趨勢(shì)。需要指出的是，毛細(xì)效應(yīng)隨顆粒粒徑變化趨勢(shì)受到多孔介質(zhì)復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征的影響。在當(dāng)前粒徑范圍內(nèi)，認(rèn)為其具有正相關(guān)關(guān)系，但在更大范圍內(nèi)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，還需要在未來(lái)進(jìn)一步深入揭示。

符 號(hào) 說(shuō) 明