張 瑜，尤 飛*，許志亮，孫 巍，皇甫文豪

(1.南京工業(yè)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院江蘇省城市工業(yè)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京，210009；2.南京工業(yè)大學(xué)火災(zāi)與消防工程研究所，南京，211800)

0 引言

近年來，風(fēng)能作為清潔再生能源重要組成部分日益受到重視，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝基數(shù)不斷升高，風(fēng)機(jī)機(jī)艙火災(zāi)事故率也隨之上升。據(jù)風(fēng)能論壇Caithness Windfarm Information Forum(http://www.caithnesswindfarms.co.uk/)不完全統(tǒng)計(jì)，截止至2017年，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生安全事故2186起，其中火災(zāi)事故共316起(占比14.5 %)，位列第二位[1]。隨著風(fēng)機(jī)火災(zāi)不斷涌現(xiàn)，國內(nèi)外學(xué)者開始對其展開初期研究。Sun等[2]和王振華等[3]對DFIG風(fēng)電機(jī)艙可燃油品(齒輪箱油、液壓油、變壓器油、潤滑脂)熱解特性和燃燒特性研究表明：封閉空間條件下齒輪箱底部油池火災(zāi)熱釋放速率在62.4 s達(dá)到最大值757 kW，持續(xù)燃燒93 s后降至為零, 齒輪箱附近部件受火災(zāi)破壞最嚴(yán)重，噴射油料二次燃燒導(dǎo)致火焰強(qiáng)度變大并加劇火災(zāi)破壞程度。范明豪等[4]利用ISO 9705-1房屋/墻角全尺寸熱釋放速率實(shí)驗(yàn)臺，進(jìn)行了絕緣油不同尺寸(25 cm×25 cm，30 cm×30 cm，40 cm×40 cm)油盤燃燒試驗(yàn)。Jain等[5]對添加四種不同抗氧化劑齒輪箱油(Nil、Irganox L 57、Irganox L 135、Irganox L 57+Irganox L 135)抗氧化性能進(jìn)行研究，利用高壓差示掃描量熱法(PDSC)、熱重分析法(TGA)、微氧化法、旋轉(zhuǎn)壓力容器氧化試驗(yàn)(RPVOT)和IP 48(Determination of oxidation characteristics of lubricating oil，IP048-2936207，2012) 五種技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測試。王振華等[3]采用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬器(FDS)軟件和性能化防火設(shè)計(jì)理論，基于實(shí)際事故案例分析，針對 Gamesa 850 kW 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙設(shè)計(jì)典型火災(zāi)場景，建立齒輪箱油、液壓油、潤滑脂池火災(zāi)模型，對額定風(fēng)速下(13.0 m/s)機(jī)艙內(nèi)該類型火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展過程進(jìn)行研究，模擬計(jì)算機(jī)艙內(nèi)火災(zāi)熱釋放速率、溫度場和速度場等參數(shù)，探討進(jìn)氣口風(fēng)速對火災(zāi)熱釋放速率和溫度場等的影響。李平等[6]采用小型錐形量熱儀(ISO 5660-1)對 Gamesa 850 kW 型號風(fēng)機(jī)機(jī)艙中齒輪箱油、變壓器油和液壓油在15 kW/m2、25 kW/m2、35 kW/m2、50 kW/m2和75 kW/m2等外加熱輻射通量下點(diǎn)燃時(shí)間(tig)進(jìn)行測定，計(jì)算其臨界熱輻射通量和著火溫度，對典型液態(tài)油品潛在火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行評價(jià)。李平[7]對單一油品(齒輪箱油、液壓油、變壓器油)采用小型錐型量熱儀(ISO 5560-1)進(jìn)行對火反應(yīng)特性分析，按照熱釋放速率、總釋放熱、比消光面積等指標(biāo)進(jìn)行評估，得出變壓器油、液壓油、齒輪箱油火災(zāi)危險(xiǎn)性依次增加。以上研究主要探討風(fēng)電機(jī)艙內(nèi)部分油品小尺度熱解特性和對火反應(yīng)特性(熱釋放速率等)及單一油品相同尺寸油盤燃燒特性等。實(shí)際風(fēng)電機(jī)艙油品分布復(fù)雜，單一油品研究不足以支撐風(fēng)電機(jī)艙火災(zāi)發(fā)展特性、模式和機(jī)理分析，并且不同規(guī)格風(fēng)電機(jī)艙內(nèi)油品燃燒特性存在差異性，故需進(jìn)一步探討混合油品在不同尺寸油盤燃燒特性。本文自主設(shè)計(jì)搭建熱平板誘導(dǎo)油品加熱燃燒測定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將液壓油和齒輪箱油兩種油品按1∶1質(zhì)量比例混合置于三種規(guī)格方形鋼制油盤(6.5 cm×6.5 cm、10.0 cm×10.0 cm、13.5 cm×13.5 cm)，利用熱平板加熱和誘導(dǎo)盤內(nèi)同樣質(zhì)量混合油品燃燒，利用CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)型攝像機(jī)記錄其燃燒行為和階段節(jié)點(diǎn)時(shí)間，利用熱電偶樹、溫度采集模塊對油品燃燒對應(yīng)階段節(jié)點(diǎn)液內(nèi)和上方火焰中心軸溫度分布進(jìn)行測定，以此探究不同尺寸方形油盤對混合油品燃燒特性影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

齒輪箱油選用CALTEXMEROPA 320(加德士工業(yè)齒輪箱油)，外觀呈現(xiàn)黃色液體，主要成分是典型長烷鏈烴PAO(聚α-烯烴)[8]，具有優(yōu)異黏溫性能、低溫流動(dòng)性、氧化穩(wěn)定性和潤滑性[9]。

液壓油選用CALTEX RANDO HDZ32(加德士液壓油)，粘度指數(shù)高、剪切穩(wěn)定、抗磨，外觀為淡黃色，含有特殊抗銹和抗氧化添加劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與工況設(shè)定

利用防火金屬夾芯可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)保溫板構(gòu)建2.0 m×2.8 m×2.6 m密閉空間，在此空間內(nèi)利用電熱平板對風(fēng)機(jī)機(jī)艙典型液態(tài)混合油品(液壓油、齒輪箱油混合)從室溫開始進(jìn)行加熱誘導(dǎo)燃燒實(shí)驗(yàn)，不設(shè)置預(yù)加熱溫度。將液壓油、齒輪箱油各40.0 g進(jìn)行自然混合(質(zhì)量混合比例為1∶1)，盛入三種不同尺寸方形油盤，油盤高度均為 4.0 cm、壁面厚度為2.0 mm、材料為不銹鋼(油盤橫截面尺寸為：6.5 cm×6.5 cm、10 cm×10 cm、13.5 cm×13.5 cm)。

實(shí)驗(yàn)裝置為自行設(shè)計(jì)和搭建，如圖1所示。

圖1 電熱平板加熱誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)油品燃燒裝置Fig. 1 Device of burning wind turbine oils in a pan induced by an electric heating plate

熱電偶樹如圖2所示支架排布。支架上一共設(shè)置36個(gè)測點(diǎn)，包括液體內(nèi)1個(gè)(接近盤底)、距離液面上方每隔15.0 cm為1層設(shè)置5個(gè)熱電偶，其中中心軸1個(gè)、與油盤四角上方垂直相對設(shè)置4個(gè)，總共設(shè)置7層。溫度采集模塊選用SRND-CM-8KT 型號(訊威電子科技有限公司)。電子天平(上海保衡電子科技有限公司天平)量程10.0 kg，精度0.1 g，計(jì)時(shí)間隔1 s。利用這些裝置按照設(shè)定工況，可測得三種尺寸油盤內(nèi)混合油品燃燒后油品液內(nèi)和火焰中心軸上方溫度分布及整體過程質(zhì)量損失速率。

圖2 熱電偶支架結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Thermocouple bracket structure

2 液態(tài)混合油品燃燒特性分析

2.1 6.5 cm×6.5 cm油盤內(nèi)混合油品燃燒特性分析

通過計(jì)時(shí)可知，混合油品從開始加熱到著火之前共經(jīng)歷1 048.0 s。隨著熱平板啟動(dòng)加熱，152.0 s時(shí)液體開始緩慢流動(dòng)，665.0 s后開始慢慢產(chǎn)生微量煙氣，煙氣大量增加時(shí)開始散發(fā)出刺鼻氣味。在1 048.0 s時(shí)著火，火焰一共持續(xù)932.0 s，在1 262.0 s時(shí)躥高，在1 980.0 s時(shí)熄滅。圖3為混合油品燃燒特性試驗(yàn)時(shí)不同階段現(xiàn)象實(shí)況圖。

通過圖3發(fā)現(xiàn)，火焰剛產(chǎn)生時(shí)高度較低，火焰寬度控制在油盤寬度5%之內(nèi)?；鹧孳f高后，高度突然上升，形狀為頂端尖型的柱狀，火焰在油盤邊緣開始發(fā)生外溢現(xiàn)象，并伴隨火焰跳動(dòng)。隨火焰降低，油盤邊緣火焰不再產(chǎn)生外溢，火焰熄滅時(shí)，煙塵濃重，空間能見度低。

圖4是混合油品在6.5 cm×6.5 cm油盤內(nèi)的液內(nèi)和中心軸溫度變化圖。表1為混合油品燃燒現(xiàn)象對應(yīng)液內(nèi)和中心軸溫度。

通過圖4和表1可以發(fā)現(xiàn)，加熱后混合油品的液內(nèi)溫度在整個(gè)燃燒過程中不斷上升，由初始溫度29.5 ℃上升至火焰熄滅時(shí)的449.5 ℃。而中心軸溫度從初始溫度上升至火焰降低階段，在火焰降低到火焰熄滅時(shí)有一個(gè)明顯回落。根據(jù)燃燒時(shí)液內(nèi)溫度階段性溫度曲線，將燃燒過程分為兩個(gè)階段。第一階段，初始溫度開始加熱至著火之前(室溫～371.4 ℃)。由圖3觀察可知這一階段內(nèi)混合油品發(fā)生蒸發(fā)、氣化、冒泡、產(chǎn)煙等行為，該階段混合油品被強(qiáng)制加熱，輕質(zhì)烴揮發(fā)氣化。第二階段，著火至火焰熄滅(371.4 ℃～449.5 ℃)，該階段為氧化燃燒階段。由于煙氣上升，中心軸溫度由第一層到第七層逐漸降低。

表1 混合油品燃燒現(xiàn)象對應(yīng)的液內(nèi)和中心軸溫度 (6.5 cm×6.5 cm)

2.2 10.0 cm×10.0 cm油盤內(nèi)混合油品燃燒特性分析

通過計(jì)時(shí)可知，混合油品從開始加熱到著火之前共經(jīng)歷695.0 s。隨熱平板加熱，在208.0 s后液體開始緩慢流動(dòng)，412.0 s后開始慢慢產(chǎn)生微量煙氣，對比6.5 cm×6.5 cm油盤燃燒現(xiàn)象，10.0 cm×10.0 cm油盤的整體煙霧更為濃密，同樣散發(fā)出刺鼻氣味。在著火前20.0 s，煙氣急劇上升，顏色由白色逐漸向黑色轉(zhuǎn)變。在695.0 s時(shí)著火，火焰一共持續(xù)304.0 s，在822.0 s時(shí)躥高，在999.0 s時(shí)熄滅。圖5為混合油品燃燒特性試驗(yàn)時(shí)不同階段現(xiàn)象實(shí)況圖。

圖5 混合油品燃燒試驗(yàn)不同階段實(shí)況圖(10.0 cm×10.0 cm)Fig. 5 Different stages of mixed oil combustion test (10.0 cm×10.0 cm)

通過計(jì)時(shí)可知，混合油品著火后經(jīng)過127.0 s火焰開始躥高，躥高后經(jīng)過148.0 s開始降低，經(jīng)過29.0 s后火焰熄滅。整體的燃燒時(shí)間相比小尺寸油盤縮短。開始著火時(shí)，火焰低而窄，寬度不超過油盤寬度。火焰躥高階段，火焰急劇上升，形狀大幅度拉長，開始溢出油盤邊緣，出現(xiàn)沸溢現(xiàn)象，火焰較前一個(gè)小尺寸油盤更為活躍，燃燒更為劇烈。

圖6是混合油品在10.0 cm×10.0 cm油盤內(nèi)的液內(nèi)和中心軸溫度變化圖。表2為混合油品燃燒現(xiàn)象對應(yīng)的液內(nèi)和中心軸溫度。

由圖6和表2可知，根據(jù)混合油品燃燒時(shí)液內(nèi)溫度，同樣可以將燃燒分為兩個(gè)階段：第一階段是著火之前蒸發(fā)、氣化、冒泡、產(chǎn)煙階段(室溫～299.5 ℃)，第二階段是氧化燃燒階段，著火后到火焰熄滅前(299.5 ℃～468.0 ℃)。整個(gè)燃燒過程中，液內(nèi)溫度從40.2 ℃上升至468.0 ℃。由于煙氣作用，中心軸溫度上升幅度相比液內(nèi)溫度較小?；鹧孳f高階段，隨著測定高度從第一層到第七層(每層15.0 cm)的增加，每兩層之間的溫度差值從172.8 ℃縮小至22.5 ℃，且縮小趨勢逐漸減弱。

表2 混合油品燃燒現(xiàn)象對應(yīng)的液內(nèi)和中心軸溫度(10.0 cm×10.0 cm)

圖6 混合油品燃燒過程對應(yīng)溫度曲線(10.0 cm×10.0 cm)Fig. 6 Temperature curves of combustion process of mixed oil (10.0 cm×10.0 cm)

2.3 13.5 cm×13.5 cm油盤內(nèi)混合油品燃燒特性分析

通過計(jì)時(shí)可知，混合油品從開始加熱到著火之前共經(jīng)歷了475.0 s。隨著熱平板加熱，在147.0 s后液體開始緩慢流動(dòng)，170.0 s后開始慢慢產(chǎn)生微量煙氣，相比前兩個(gè)小尺寸油盤，13.5 cm×13.5 cm油盤在冒煙階段產(chǎn)生煙氣濃度最高，煙氣散發(fā)刺鼻氣味最為強(qiáng)烈。在475.0 s時(shí)著火，火焰一共持續(xù)226.0 s，在546.0 s時(shí)躥高，在701.0 s時(shí)熄滅。圖7為混合油品燃燒特性試驗(yàn)時(shí)不同階段現(xiàn)象實(shí)況圖。

圖7 混合油品燃燒試驗(yàn)不同階段實(shí)況圖(13.5 cm×13.5 cm)Fig. 7 Different stages of mixed oil combustion test (13.5 cm×13.5 cm)

通過計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，混合油品在13.5 cm×13.5 cm尺寸油盤內(nèi)加熱，著火后經(jīng)過71.0 s火焰開始躥高，躥高后經(jīng)過84.0 s開始降低，71.0 s后火焰熄滅。整體燃燒時(shí)間相比前兩個(gè)小尺寸油盤縮短接近50%。對比混合油品在橫截面6.5 cm×6.5 cm、10.0 cm×10.0 cm油盤內(nèi)燃燒實(shí)況圖(圖3、圖5)，可以明顯發(fā)現(xiàn)，從著火到火焰躥高再到火焰降低的整個(gè)過程中，大尺寸油盤內(nèi)燃燒的火焰亮度、寬度、高度都有明顯提升，整體火焰強(qiáng)度更大。

圖8是混合油品在13.5 cm×13.5 cm油盤內(nèi)的液內(nèi)和中心軸溫度變化圖。表3為混合油品燃燒現(xiàn)象對應(yīng)的液內(nèi)和中心軸溫度。

分析圖8和表3可知，13.5 cm×13.5 cm油盤內(nèi)混合油品的燃燒現(xiàn)象同樣分為著火前和著火至熄滅兩個(gè)階段?；鹧娣譃檠嫘?、內(nèi)焰、外焰三個(gè)部分。觀察圖表可得，液內(nèi)溫度在混合油品燃燒的第一階段均高于中心軸溫度，而在第二階段中火焰降低的時(shí)間段內(nèi)，中心軸第一層溫度(568.7 ℃)明顯高于液內(nèi)溫度(469.5 ℃)，并且此時(shí)液內(nèi)火焰溫度(469.5 ℃)明顯高于火焰躥高階段(405.0 ℃)。說明在此階段，火焰高度降低但是強(qiáng)度增加，火焰外焰在第一層熱電偶附近。

圖8 混合油品燃燒過程對應(yīng)溫度曲線(13.5 cm×13.5 cm)Fig. 8 Temperature curves of combustion process of mixed oil (13.5 cm×13.5 cm)

表3 混合油品燃燒現(xiàn)象對應(yīng)的液內(nèi)和中心軸溫度(13.5 cm×13.5 cm)

2.4 不同尺寸油盤混合油品燃燒特性綜合分析

同等質(zhì)量的同種混合油品在不同尺寸的油盤中燃燒特性有明顯區(qū)分。表4給出混合油品在不同尺寸油盤內(nèi)燃燒各階段的所用時(shí)間。

由表4可見，除液體流動(dòng)時(shí)間為中等尺寸油盤所用最長外，其余各階段的所需時(shí)長均由小尺寸油盤(6.5 cm×6.5 cm)到大尺寸油盤(13.5 cm×13.5 cm)依次遞減，整體燃燒階段所用時(shí)長由1 980.0 s到999.0 s再到701.0 s。冒煙階段到著火階段時(shí)長分別為：小尺寸油盤383.0 s、中尺寸油盤283.0 s、大尺寸油盤305.0 s，呈現(xiàn)中間向兩邊依次遞增的現(xiàn)象，除此之外各階段之間的時(shí)長均由小尺寸油盤向大尺寸油盤相應(yīng)遞減。

表4 混合油品在不同尺寸油盤內(nèi)燃燒各階段所用時(shí)長對比

表5給出混合油品在不同尺寸油盤內(nèi)燃燒各階段的液內(nèi)最高溫度數(shù)據(jù)。

表5 混合油品在不同尺寸油盤內(nèi)燃燒各階段液內(nèi)最高溫度對比

由表5可知，液體流動(dòng)時(shí)溫度由小尺寸油盤(29.5 ℃)向大尺寸油盤(89.0 ℃)依次升高，著火時(shí)溫度由小尺寸油盤(371.4 ℃)向大尺寸(277.2 ℃)依次降低，火焰熄滅時(shí)溫度再次由小尺寸油盤(449.5 ℃)向大尺寸油盤(555.5 ℃)依次提高。而在冒煙、火焰躥高、火焰降低階段中尺寸油盤油品溫度均為最高(分別為119.3 ℃、423.4 ℃、476.1 ℃)。前文曾分析混合油品加熱燃燒分為兩個(gè)階段。第一階段為液體流動(dòng)、冒煙、著火；第二階段為著火、燃燒、火焰躥高、火焰降低、熄滅?？梢园l(fā)現(xiàn)在這兩個(gè)階段的初始(液體流動(dòng)、著火)和收尾(熄滅)，混合油品的溫度都是由小尺寸油盤向大尺寸油盤依次變化。但這兩個(gè)階段的中間過程(冒煙、火焰躥高、火焰降低)都是中尺寸油盤溫度最高，向兩邊遞減。

圖9給出了混合油品在三種不同尺寸油盤液內(nèi)最高燃燒溫度與時(shí)間關(guān)系曲線。

圖9 混合油品在不同尺寸油盤內(nèi)燃燒趨勢對比Fig. 9 Comparison of combustion trend of mixed oil for oil pans of different sizes

由圖9可見，大尺寸油盤(13.5 cm×13.5 cm)的燃燒過程最短、溫度上升最快、最高溫度最高，燃燒呈現(xiàn)短期發(fā)展快、強(qiáng)度高、持續(xù)時(shí)間短的特性。中尺寸油盤較大尺度油盤而言，燃燒持續(xù)時(shí)間增長、溫度上升趨勢放緩，最高溫度降低。小尺寸油盤的燃燒持續(xù)時(shí)間最長，溫度上升趨勢呈現(xiàn)兩邊慢、中間快的趨勢，燃燒后期階段溫度上升緩慢、持續(xù)時(shí)間長。小尺寸油盤內(nèi)火焰燃燒呈現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)、強(qiáng)度相應(yīng)減弱的特性。

圖10給出了混合油品在三種不同尺寸油盤內(nèi)燃燒過程中質(zhì)量損失變化曲線，圖11對其進(jìn)行一階求導(dǎo)，繪制了質(zhì)量損失速率變化曲線。為便于數(shù)據(jù)分析，消除數(shù)據(jù)采集導(dǎo)致的背景噪音和系統(tǒng)誤差，將圖11中d(MLR)/dt曲線進(jìn)行100位點(diǎn)平滑處理，得到優(yōu)化質(zhì)量損失速率變化曲線，如圖12所示。

圖10 混合油品在不同尺寸油盤內(nèi)質(zhì)量損失對比Fig. 10 Comparison of mass loss of mixed oil for oil pans of different sizes

圖11 混合油品在不同尺寸油盤內(nèi)質(zhì)量損失速率趨勢對比Fig. 11 Comparison of mass loss rate trend of mixed oil for oil pans of different sizes

圖12 混合油品在不同尺寸油盤內(nèi)優(yōu)化質(zhì)量損失速率曲線Fig. 12 Curves of optimized mass loss rate of mixed oil for oil pans of different sizes

由圖10可知，燃燒過程中，小尺寸油盤內(nèi)混合油品質(zhì)量從80.2 g持續(xù)穩(wěn)定下降至68.0 g，下降幅度最小，中等尺寸油盤內(nèi)混合油品質(zhì)量從79.9 g快速下降至0.0 g, 大尺寸油盤內(nèi)混合油品質(zhì)量從80.1 g迅速下降至22.6 g。圖11中 d(MLR)/ dt曲線進(jìn)行100位點(diǎn)平滑處理，由圖11可見，三種尺寸油盤內(nèi)混合油品質(zhì)量損失速率均呈現(xiàn)波浪型波動(dòng)，這與液壓油和齒輪箱油混合狀態(tài)及其在燃燒過程中動(dòng)態(tài)變化有關(guān)，也與數(shù)據(jù)采集頻率、背景噪音和系統(tǒng)誤差有關(guān)。為便于數(shù)據(jù)分析，消除數(shù)據(jù)采集導(dǎo)致的背景噪音和系統(tǒng)誤差，將圖11中 d(MLR)/dt曲線進(jìn)行100位點(diǎn)平滑處理，得到優(yōu)化質(zhì)量損失速率變化曲線。如圖12所示，從中可見，小尺寸油盤中混合油品燃燒時(shí)質(zhì)量變化更為頻繁，而較之中大尺寸油盤混合油品燃燒時(shí)質(zhì)量損失則相對緩和。這與液壓油和齒輪箱油混合后相態(tài)分布及在燃燒過程中液內(nèi)對流、交換和傳熱有關(guān)(與圖3、圖5和圖7所觀察現(xiàn)象一致)，產(chǎn)生液相流場結(jié)構(gòu)、邊界條件和特征現(xiàn)象有所不同，對此需要進(jìn)一步深入研究?；旌嫌推愤@些受熱響應(yīng)行為作用效應(yīng)明顯?？傮w上，小尺寸油盤內(nèi)油品交流換熱過程緩慢，時(shí)間充分，質(zhì)量損失速率較低；而中大尺寸油盤內(nèi)對流、傳質(zhì)和傳熱過程明顯增強(qiáng)，可在短時(shí)間內(nèi)完成，質(zhì)量損失速率較高。根據(jù)圖12，小尺寸油盤混合油品在1 286.0 s以前質(zhì)量變化呈現(xiàn)明顯波動(dòng)狀態(tài)，之后趨于穩(wěn)定，結(jié)合圖3和表4可知，612.0 s ～754.0 s對應(yīng)著火前階段、1 037.0 s對應(yīng)著火節(jié)點(diǎn)、1 286.0 s對應(yīng)火焰躥高節(jié)點(diǎn)時(shí)最大質(zhì)量損失速率分別為0.041 g/s、0.033 g/s和0.010 g/s；結(jié)合圖5和表4可知，中尺寸油盤混合油品燃燒速率明顯加快，其中出現(xiàn)3個(gè)相對明顯質(zhì)量損失節(jié)點(diǎn)，即523.0 s對應(yīng)冒煙和著火階段、694.0 s對應(yīng)著火節(jié)點(diǎn)和832.0 s對應(yīng)火焰躥高節(jié)點(diǎn)時(shí)最大質(zhì)量損失速率分別為0.14 g/s、0.23 g/s和0.25 g/s；結(jié)合圖7和表4可知，大尺寸油盤混合油品燃燒速率進(jìn)一步加快，其中出現(xiàn)2個(gè)相對明顯質(zhì)量損失節(jié)點(diǎn)，即467.0 s對應(yīng)著火節(jié)點(diǎn)和575.0 s對應(yīng)火焰躥高節(jié)點(diǎn)時(shí)最大質(zhì)量損失速率分別為0.12 g/s和0.29 g/s，前者與中尺度油盤油品數(shù)值相似但時(shí)間提前56.0 s。綜上可見，中大尺寸油盤混合油品均在開始著火和火焰躥高節(jié)點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)最大質(zhì)量損失、燃燒劇烈，而小尺寸油盤油品則在開始著火前較長階段內(nèi)呈現(xiàn)波動(dòng)質(zhì)量損失、燃燒平緩；質(zhì)量損失速率隨油盤尺寸增大而漸續(xù)增大。圖12所示數(shù)據(jù)和趨勢與表4吻合良好。

3 結(jié)論

(1)混合油品加熱后著火前，能夠觀察到明顯液內(nèi)流動(dòng)混合、蒸發(fā)、冒泡、氣化和產(chǎn)煙等典型傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象?；旌嫌推返闹饡r(shí)間分別是：1 048.0 s(6.5 cm×6.5 cm)、695.0 s(10.0 cm×10.0 cm)、475.0 s(13.5 cm×13.5 cm)。油盤尺寸增大混合油品著火用時(shí)縮短，同時(shí)火焰亮度、高度隨油盤尺寸上升依次增強(qiáng)?；旌嫌推啡紵掷m(xù)時(shí)間分別是：1 980.0 s(6.5 cm×6.5 cm)、999.0 s(10.0 cm×10.0 cm)、701.0 s(13.5 cm×13.5 cm)。

(2)混合油品液內(nèi)溫度變化范圍分別為29.5 ℃～449.5 ℃(6.5 cm×6.5 cm)、40.2 ℃～468.0 ℃(10.0 cm×10.0 cm)和89.0 ℃～555.5 ℃(13.5 cm×13.5 cm)。據(jù)此認(rèn)為油品燃燒分為兩個(gè)階段：第一階段是混合油蒸發(fā)氣化、冒泡和產(chǎn)煙階段，第二階段是燃燒階段?；旌嫌推芬簝?nèi)溫度在整個(gè)過程不斷上升?；鹧嬷行妮S溫度在第一階段均升高，第二階段隨油盤尺寸不同體現(xiàn)出差異性：小尺寸、大尺寸油盤隨時(shí)間依次升高，中尺寸油盤在火焰降低時(shí)達(dá)到階段最高值(476.1 ℃)，熄滅時(shí)溫度回落(468.0 ℃)。

(3)著火時(shí)，大尺寸油盤液內(nèi)溫度上升速率最快、熄滅時(shí)溫度最高(555.5 ℃)，燃燒呈現(xiàn)快速劇烈特性。小尺寸油盤液內(nèi)溫度上升速率較慢，持續(xù)時(shí)間長，熄滅時(shí)溫度最低(449.5 ℃)，燃燒呈現(xiàn)持久穩(wěn)定特性。燃燒所用時(shí)間由小尺寸油盤向大尺寸油盤相應(yīng)減少。

(4)小尺寸油盤內(nèi)油品交流換熱過程緩慢，時(shí)間充分，質(zhì)量損失速率較低，612.0 s～754.0 s著火前階段出現(xiàn)最大質(zhì)量損失速率(0.041 g/s)；中大尺寸油盤內(nèi)對流、傳質(zhì)和傳熱過程明顯增強(qiáng)，可在短時(shí)間內(nèi)完成，質(zhì)量損失速率較高，中尺寸油盤混合油品在832.0 s火焰躥高節(jié)點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)最大質(zhì)量損失速率(0.25 g/s)，大尺寸油盤在575.0 s火焰躥高節(jié)點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)最大質(zhì)量損失速率(0.29 g/s)。通過對質(zhì)量損失曲線求解一階導(dǎo)數(shù)所得優(yōu)化質(zhì)量損失速率曲線所得質(zhì)量損失節(jié)點(diǎn)對應(yīng)時(shí)間與混合油品在不同尺寸油盤內(nèi)燃燒各階段對應(yīng)時(shí)間吻合良好。