趙金龍，袁杰，田逢時(shí)，黃弘，楊銳

（1 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院，北京100083； 2 清華大學(xué)公共安全研究院，北京100084；3 中國(guó)人民警察大學(xué)，河北廊坊065000）

引 言

油浸變壓器作為一種常見的變壓器類型，被廣泛應(yīng)用到電力行業(yè)[1]。變壓器在運(yùn)行過程中，由于內(nèi)部或者外部的某些原因，變壓器發(fā)生放電，產(chǎn)生瞬態(tài)、高能電流，造成箱體脆弱部位炸裂，發(fā)生火災(zāi)[2]。變壓器火災(zāi)發(fā)生后，由于油枕位置高于箱體，內(nèi)部油品會(huì)不斷泄漏溢出，進(jìn)而形成噴射火、流淌火、集油坑池火等多種類型的火災(zāi)場(chǎng)景[3]。變壓器火災(zāi)一旦發(fā)生，通常伴隨高溫火焰和強(qiáng)烈輻射，給自身及臨近裝置造成破壞，進(jìn)而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。近些年來，變壓器火災(zāi)事故頻發(fā)，已成為電力領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)[3-4]。例如，2019 年濟(jì)南變電站發(fā)生燃爆火災(zāi)事故，造成1 死2 傷[5]。因此，有必要開展變壓器火災(zāi)的相關(guān)研究。

變壓器火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展過程與變壓器油燃燒特性密切相關(guān)。近幾年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)變壓器油池火的燃燒特性開展了相關(guān)研究[6-8]。Kung等[6]開展了直徑為1.2 m 和1.7 m 的變壓器油池火實(shí)驗(yàn)，給出了對(duì)應(yīng)尺度下變壓器油的燃燒速率。Heskestad 等[7]模擬了變壓器集油坑火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，分析集油坑排油速率及集油坑內(nèi)石子對(duì)燃燒規(guī)律的影響，發(fā)現(xiàn)一定的排油速率可讓燃燒自行熄滅。Zhang 等[8]利用錐形量熱儀開展了小尺度變壓器油池火實(shí)驗(yàn)，研究了3 類典型變壓器油在不同外加輻射作用下的引燃時(shí)間、燃燒速率、燃燒氣體種類等變化規(guī)律。范明豪等[9]開展了25 cm、30 cm 和40 cm 的變壓器油盤火實(shí)驗(yàn)，研究了熱釋放速率、火焰及煙氣溫度等。作者前期開展了不同燃燒尺度下的常溫變壓器油池火實(shí)驗(yàn)，得出了不同燃燒尺度下變壓器油的燃燒速率[10]。除了變壓器油的燃燒規(guī)律外，很多學(xué)者研究了變壓器的滅火過程[11-12]。Zhu 等[11]研究不同初始?jí)毫ο录?xì)水霧的滅火效果，具體分析了細(xì)水霧的滅火過程以及關(guān)鍵參數(shù)如火焰高度、CO濃度、對(duì)外輻射等變化。閔永林等[12]采用數(shù)值模擬的方法分析了多組分細(xì)水霧滅火系統(tǒng)撲滅110 kV變壓器滅火的效果。

變壓器在工作期間，由于變壓器油主要起冷卻作用，油品溫度會(huì)高于環(huán)境溫度，能達(dá)到80℃，但要求小于95℃[13]。對(duì)于初始溫度對(duì)燃燒規(guī)律的影響，已有相關(guān)的研究。張博思等[14]利用錐形量熱儀研究了直徑7.5 cm 的25#變壓器油在不同初始溫度下的燃燒特性，發(fā)現(xiàn)：油溫越高，引燃時(shí)間越短，熱釋放速率越大。Chen 等[15]開展了直徑為10～20 cm 的正庚烷油池火實(shí)驗(yàn)，研究了初始油溫對(duì)燃燒規(guī)律的影響，發(fā)現(xiàn)油品溫度較高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沸騰燃燒階段；同時(shí)，沸騰燃燒階段的燃燒速率會(huì)隨初始油溫的增加而增加，但穩(wěn)定階段的燃燒速率與初始溫度無關(guān)。Kong 等[16]開展了直徑6～8 cm 的原油油池火實(shí)驗(yàn)，研究了原油初始溫度對(duì)燃燒過程的影響，發(fā)現(xiàn)油品初溫對(duì)引燃過程的影響較大。

通過目前對(duì)國(guó)內(nèi)外研究總結(jié)可得：目前針對(duì)變壓器油燃燒的實(shí)驗(yàn)研究，大多都集中在實(shí)驗(yàn)室尺度，但變壓器油的燃燒規(guī)律明顯會(huì)隨著燃燒尺度的變化而發(fā)生改變。另一方面，油品初溫會(huì)對(duì)油品火災(zāi)的發(fā)展規(guī)律產(chǎn)生影響，但目前對(duì)變壓器油的初始油溫度對(duì)燃燒特性以及發(fā)展規(guī)律的相關(guān)研究明顯不足，相關(guān)影響過程認(rèn)識(shí)不清。因此，本文開展不同油盤直徑的變壓器油池火實(shí)驗(yàn)，研究不同初始油溫下，變壓器油的燃燒規(guī)律，為變壓器火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及應(yīng)急救援提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

整個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理圖及測(cè)量裝置的布置見圖1。實(shí)驗(yàn)中采用了4 種不同直徑的油盤(20、40、60 和80 cm)，油盤側(cè)壁高度為10 cm。根據(jù)油池火熱反饋的變化規(guī)律，該尺度下變壓器油燃燒速率的主要受到輻射反饋的影響，更加接近真實(shí)的事故場(chǎng)景[17]。實(shí)驗(yàn)中采用的變壓器油型號(hào)為KI25X，具體性質(zhì)見文獻(xiàn)[18]。實(shí)驗(yàn)中初始油溫分別為：30、45、65 和85℃。實(shí)驗(yàn)前，使用加熱器統(tǒng)一對(duì)油品進(jìn)行加熱，升至所需要的溫度。實(shí)驗(yàn)中，油品的初始厚度約為3 cm，在實(shí)際中通常大于該值。燃燒過程中不控制液位高度。由于變壓器油很難被直接點(diǎn)燃，因此注入10 ml正庚烷作為引燃劑。

圖1 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic of experimental platform

1.2 測(cè)量?jī)x器

實(shí)驗(yàn)中，采用Omega 熱電偶測(cè)量油品內(nèi)部溫度和火焰溫度。測(cè)油溫和測(cè)火焰溫度的熱電偶均勻地布置在油盤中心軸線上。測(cè)油溫的熱電偶相鄰兩根間距為1 cm，共布置5根，最底端的離油盤底面的垂直距離為1 cm；測(cè)火焰熱電偶相鄰兩根間距為10 cm，共布置10 根，最底端的距油盤底面為20 cm，具體布置見圖1。實(shí)驗(yàn)中采用賽多利斯天平實(shí)時(shí)記錄油品的剩余質(zhì)量，天平量程為35 kg，精度為0.1 g。采用Fluke 采集模塊記錄熱電偶實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)信號(hào)，采集間隔為1 s。利用兩臺(tái)數(shù)碼相機(jī)從不同角度記錄火焰形態(tài)，主要用于提取火焰高度。

1.3 實(shí)驗(yàn)概況

整個(gè)實(shí)驗(yàn)是在全尺度隧道內(nèi)完成，隧道長(zhǎng)100 m，寬12.75 m，高6.7 m，整個(gè)隧道相對(duì)較大，不考慮空間對(duì)油池火燃燒規(guī)律的影響。實(shí)驗(yàn)期間，隧道門窗關(guān)閉，忽略風(fēng)速對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。隧道內(nèi)，環(huán)境溫度在（30±3）℃范圍內(nèi)，環(huán)境濕度為56%±10%。實(shí)驗(yàn)的具體工況見表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 燃燒現(xiàn)象及階段劃分

油品點(diǎn)燃后，火焰迅速蔓延至表面，火焰高度快速增加，但很快火焰高度便出現(xiàn)下降現(xiàn)象，并產(chǎn)生黑煙；隨之，火焰高度再次增加，逐漸接近穩(wěn)定；最后，燃燒逐漸熄滅。圖2 給出了直徑為60 cm、初始油溫為30℃情況下的燃燒發(fā)展過程示意圖。

根據(jù)變壓器油燃燒發(fā)展的全過程，變壓器油的燃燒階段可劃分為：（1）初始發(fā)展階段；（2）穩(wěn)定燃燒階段；（3）火焰熄滅階段。整個(gè)燃燒過程的主體劃分基本與Ferrero 等[19]和Tao 等[20]的劃分基本保持一致。圖3 和圖4 分別給出了實(shí)驗(yàn)組1、4、9 和12 的實(shí)時(shí)燃燒速率變化曲線。

表1 實(shí)驗(yàn)具體工況Table 1 Detail specifications of experiments

圖2 變壓器油池火燃燒過程示意圖（Test 9）Fig.2 The whole burning process of transformer oil pool fires

為了全面理解變壓器油的燃燒發(fā)展全過程及燃燒階段的劃分，結(jié)合Hamins 等[17,21-22]以及之前的研究成果，給出了油池火在燃燒過程中的火焰熱量反饋及熱量在油品內(nèi)部的傳遞過程，詳見圖5。對(duì)于油品燃燒，燃燒速率主要與火焰反饋至油品的熱量相關(guān)。根據(jù)能量守恒，油品的蒸發(fā)速率（m'）可表示為：

圖3 實(shí)驗(yàn)組1和4的燃燒速率隨時(shí)間的變化Fig.3 Burning rate as a function of time for Test 1 and Test 4

圖4 實(shí)驗(yàn)組9和12的燃燒速率隨時(shí)間的變化Fig.4 Burning rate as a function of time for Test 9 and Test 12

式中，Lv表示油品蒸發(fā)潛熱；qrad、qconv和qcond分別表示為火焰輻射反饋至油面的熱流、火焰與液面之間的對(duì)流換熱熱流和側(cè)壁向油層傳導(dǎo)的熱流，這三部分共同決定了油品實(shí)時(shí)獲得的熱量。qref和qheat分別表示油品表面反射的輻射熱流和高溫油層向低溫區(qū)域傳遞的熱流。油品表面反射損失的部分所占熱反饋的比例通常小于4%，在實(shí)際計(jì)算中可忽略不計(jì)[17]。同時(shí)，本文忽略了油層與底面的熱量傳遞。在燃燒過程中，火焰的輻射反饋會(huì)在油面以下一定距離內(nèi)被吸收，進(jìn)而形成一定厚度的，接近沸點(diǎn)的等溫層，稱為沸騰層[22]。沸騰層以下，以導(dǎo)熱為主，形成一定厚度的溫度梯度層，用于傳遞熱量，預(yù)熱油品[21]。在燃燒過程中，只有沸騰層內(nèi)部的油品吸收熱量后才可直接蒸發(fā)，參與燃燒，而溫度梯度層內(nèi)油品吸收的熱量主要用于自身升溫[22]。在確定火焰熱量反饋及熱量傳遞后，本文對(duì)整個(gè)燃燒階段進(jìn)行定性分析。

圖5 油池火焰熱量反饋過程及在油品內(nèi)部傳遞過程[17]Fig.5 Heat feedback from the flame to fuel surface and the heat transfer process in fuel liquid layer[17]

對(duì)于初始發(fā)展階段，燃燒規(guī)模較小，火焰反饋給油品表面的熱量相對(duì)較小，尤其是輻射反饋熱流較小。另一個(gè)方面，初始變壓器油溫度相對(duì)較低，該階段火焰反饋的熱流大部分用于油品的加熱，形成沸騰層，很少一部分用于油品的直接蒸發(fā)。因此，對(duì)于該階段初始油溫越高，達(dá)到沸點(diǎn)所需要的熱量越少，則更多的熱量將會(huì)被用于油品的蒸發(fā)。因此，對(duì)于初始發(fā)展階段，燃燒速率會(huì)隨著初始油溫的升高而逐漸增加，這一物理過程在圖3 和圖4中可得到直接驗(yàn)證。分析不同燃燒尺度對(duì)初始發(fā)展階段的影響，通過圖3 和圖4 可發(fā)現(xiàn)：燃燒尺度越大，初始發(fā)展階段的歷時(shí)越短。這主要是由于對(duì)于大尺度的燃燒，火焰輻射反饋熱流相對(duì)較大，短時(shí)間內(nèi)即可形成穩(wěn)定的沸騰層[17]。對(duì)于穩(wěn)定燃燒階段，油池火的燃燒速率和火焰高度都保持相對(duì)穩(wěn)定。該階段火焰反饋至油品表面的熱流以及熱流在油品內(nèi)部的傳遞過程都保持穩(wěn)定[23]。這些因素共同決定了穩(wěn)定燃燒階段油品的燃燒規(guī)律。當(dāng)油盤內(nèi)部的油品消耗殆盡時(shí)，燃燒進(jìn)入了熄滅階段。

對(duì)于實(shí)際變壓器火災(zāi)，由于內(nèi)部短路產(chǎn)生了瞬態(tài)高能電弧，這會(huì)導(dǎo)致部分油品溫度迅速升高，進(jìn)而發(fā)生局部燃燒，但大部分油品的溫度相對(duì)較低[2-3]，這個(gè)過程與油池火的發(fā)展過程相近。結(jié)合實(shí)驗(yàn)中的燃燒發(fā)展過程可知：油品的發(fā)展過程與油品面積相關(guān)。因此，在消防設(shè)計(jì)初期及規(guī)劃方面，對(duì)于變電站內(nèi)部關(guān)鍵部位，應(yīng)考慮增加隔斷設(shè)計(jì)防止泄漏的油品迅速蔓延，同時(shí)可增加局部滅火力量，將變壓器火災(zāi)控制在初始發(fā)展階段。同時(shí)，對(duì)于大面積泄漏燃燒，初始發(fā)展過程快，救災(zāi)時(shí)應(yīng)充分考慮火災(zāi)的發(fā)展速度，避免盲目救災(zāi)。

2.2 穩(wěn)定階段燃燒速率

根據(jù)變壓器油的燃燒發(fā)展過程，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，燃燒規(guī)模大，這會(huì)對(duì)救災(zāi)人員及鄰近裝置產(chǎn)生較大的危害[24]。因此，需要進(jìn)一步研究穩(wěn)定階段燃燒速率的變化規(guī)律。圖6給出了不同油品直徑和不同初始油溫下穩(wěn)定階段的燃燒速率。

圖6 不同工況下穩(wěn)定階段的燃燒速率Fig.6 Burning rate vs.initial fuel temperature

根據(jù)圖6 可知：穩(wěn)定燃燒階段的變壓器油燃燒速率，會(huì)隨著初始油溫的升高而不斷增加，但增幅較小。例如，對(duì)于油盤直徑20 cm 的油池火，穩(wěn)定階段的燃燒速率基本保持不變，這與Chen 等[15]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持一致。對(duì)于尺度較大的燃燒（D>20 cm），油品燃燒速率主要受到火焰輻射反饋的作用。因此，燃燒速率可近似表示為：

式中，Lv為油品蒸發(fā)潛熱。對(duì)于穩(wěn)定階段的燃燒，油品的加熱速率可表示為[24]：

式中，cp為油品的比定壓熱容，Tb為油品沸點(diǎn)，Ti為初始油溫。

油池火的火焰輻射反饋可近似表示為[25]：

式中，F(xiàn)f→S為火焰到油品上表面間的角系數(shù)，與火焰高度相關(guān)；Ef為火焰表面的輻射強(qiáng)度，與火焰溫度相關(guān)。結(jié)合式（2）～式（4）可知，穩(wěn)定階段的油品燃燒速率可表示為：

實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了火焰高度和火焰溫度，發(fā)現(xiàn)：火焰高度和火焰溫度并沒有隨初始溫度的升高而發(fā)生較大變化，這說明燃燒過程中火焰熱量反饋基本保持穩(wěn)定。雖然初始油溫的升高會(huì)降低油品蒸發(fā)所需要的熱量，但考慮到變壓器油的沸點(diǎn)（>320℃）和變壓器油的蒸發(fā)潛熱[26]，該部分降低值占油品蒸發(fā)所需熱量(Lv+cp(Tb-Ti))值的比重相對(duì)較小。因此，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，初始油溫的變化對(duì)變壓器油穩(wěn)定階段的燃燒速率影響較小。分析燃燒尺度對(duì)穩(wěn)定階段燃燒速率的影響，可發(fā)現(xiàn)：變壓器油穩(wěn)定階段的燃燒速率隨燃燒尺度的增加明顯增加。本文以初始油溫為85℃的實(shí)驗(yàn)組為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)：隨著油盤直徑從20 cm 增加至80 cm，燃燒速率可從13.75 g/(m2·s)增加至22.21 g/(m2·s)。

綜上，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，變壓器油的燃燒速率受初始溫度的影響較小，但會(huì)隨著燃燒尺度的增加明顯增加。

2.3 油層內(nèi)溫度分布

燃燒過程中，油品內(nèi)部的溫度分布與熱流在油層內(nèi)部的傳遞過程相關(guān)，影響油品的燃燒速率[27-28]。實(shí)驗(yàn)中，油層的初始厚度約為3 cm，根據(jù)熱電偶的布置情況可知，開始階段會(huì)有兩根熱電偶暴露在空氣中。以直徑為40 cm 的油盤作為研究對(duì)象，熱電偶測(cè)量的溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律見圖7。

實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于距離底面4 cm 和5 cm 的熱電偶，基本暴露在空氣中。油品被引燃后，火焰迅速蔓延至油品表面，熱電偶直接與火焰接觸，溫度迅速升高；但隨著燃燒速率的增加，由于油盤側(cè)壁的限制，油盤內(nèi)部氧氣濃度供應(yīng)不足，火焰不斷地被抬升，熱電偶逐漸被蒸氣包圍，測(cè)量溫度隨之下降。最后，油品被消耗殆盡，火焰重新進(jìn)入油盤，測(cè)量值迅速增加。通過這兩根熱電偶測(cè)量溫度的變化，可知變壓器油的火焰溫度在800℃左右，與火焰溫度的熱電偶測(cè)量值保持一致。在燃燒過程中，油品液面會(huì)隨著燃燒的持續(xù)，不斷下降，距離油盤底面以上3、2和1 cm 的熱電偶會(huì)先后從油品內(nèi)部逐漸暴露在蒸氣中。結(jié)合圖5中油品內(nèi)部的溫度分層，可知：熱電偶會(huì)先后經(jīng)過溫度梯度層、等溫層（沸騰層）和蒸氣層。在燃燒熄滅階段，火焰會(huì)進(jìn)入油盤，對(duì)應(yīng)的測(cè)量溫度為火焰溫度。同時(shí)，結(jié)合三根熱電偶測(cè)量值的變化，發(fā)現(xiàn)：測(cè)量溫度先增加后穩(wěn)定（溫度梯度層→沸騰層）；突然增加隨后穩(wěn)定（沸騰層→蒸氣層）；快速增加（蒸氣層→火焰）。實(shí)驗(yàn)中熱電偶測(cè)量值的變化規(guī)律進(jìn)一步驗(yàn)證了油品內(nèi)部的溫度分區(qū)以及熱流的傳遞過程。

圖7 不同初始油溫條件下油品內(nèi)部及蒸氣溫度分布Fig.7 Temperature profile in liquid layer as function of time with different initial temperatures

以距離底面1 cm 和2 cm 處的溫度變化為研究對(duì)象，具體分析沸騰層厚度隨初油溫的變化規(guī)律。根據(jù)熱電偶的測(cè)量結(jié)果可知：油品在燃燒過程中沸騰層的溫度會(huì)維持在沸點(diǎn)溫度（325℃左右）。當(dāng)熱電偶測(cè)量值第一次達(dá)到沸點(diǎn)溫度，表明該處為沸騰層的底面；當(dāng)測(cè)量值突然增加后，即表明熱電偶開始從油品內(nèi)部進(jìn)入蒸氣區(qū)域。根據(jù)兩個(gè)時(shí)刻下油盤內(nèi)剩余的油品質(zhì)量即可估算得出沸騰層厚度。同時(shí)，也可結(jié)合油品的燃燒速率以及兩個(gè)對(duì)應(yīng)時(shí)刻下的油品質(zhì)量，計(jì)算沸騰層厚度（線燃燒速率×?xí)r間）。利用距離底面1 cm 和2 cm 的熱電偶溫度數(shù)據(jù)，可計(jì)算得出不同工況下的沸騰層厚度，分別見表2和表3。

表2 1 cm位置處溫度變化得出的沸騰層的厚度Table 2 Calculated thickness of boiling layer based on temperature variation of 1 cm thermocouple/mm

表3 2 cm位置處溫度變化得出的沸騰層的厚度Table 3 Calculated thickness of boiling layer based on temperature variation of 2 cm thermocouple/mm

通過表2 和表3 可發(fā)現(xiàn)：同一油盤直徑下的沸騰層厚度基本保持一致，與初始油溫?zé)o關(guān)。對(duì)于燃燒直徑為20 cm 和40 cm 的油池火，利用1 cm 處溫度變化計(jì)算得出的沸騰層厚度要大于利用2 cm 處溫度變化計(jì)算得出的值，這主要是由于隨著燃燒的持續(xù)進(jìn)行，側(cè)壁會(huì)不斷向油品傳遞熱量，進(jìn)而會(huì)影響沸騰層的厚度。例如，在Chen 等[15]的小尺度池火實(shí)驗(yàn)中，觀測(cè)到了沸騰燃燒階段，這表明整個(gè)油池內(nèi)部已經(jīng)全部達(dá)到了沸點(diǎn)溫度。但這一影響會(huì)隨著油盤直徑的增加而降低。目前，通過調(diào)研直徑60 cm 和80 cm 的油池火，并未發(fā)現(xiàn)沸騰燃燒的現(xiàn)象。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于較大油盤，利用兩個(gè)位置處的溫度變化計(jì)算得出的沸騰層厚度接近。對(duì)比表2和表3中油層厚度的變化情況，可發(fā)現(xiàn)：參考1 cm 位置處熱電偶溫度值計(jì)算得出的沸騰厚度層波動(dòng)較大。這可能是由于油盤底面不能完全保證水平，進(jìn)而導(dǎo)致油層分布不均勻，影響了底層的油溫分布。因此，在研究沸騰層厚度時(shí)，為了使計(jì)算值更具代表性，選擇中間熱電偶的溫度變化值更客觀合理。

對(duì)于大尺度燃燒，沸騰層的形成主要與火焰反饋波長(zhǎng)以及油層對(duì)應(yīng)的吸收能力相關(guān)[22,29-30]。根據(jù)表3可得：當(dāng)油池直徑大小相等時(shí)，沸騰層厚度相對(duì)接近。四種油池直徑對(duì)應(yīng)的平均沸騰層厚度分別為2.39、2.22、2.15 和2.15 mm。由于燃燒直徑較小時(shí)，側(cè)壁傳熱對(duì)沸騰層有一定的影響，因此在計(jì)算中，不考慮油池直徑20 cm 的實(shí)驗(yàn)工況。綜上，對(duì)于尺度較大的變壓器油池火，沸騰層厚度平均約為2.17 mm，與初始油溫?zé)o關(guān)。這也直接表明變壓器油燃燒的火焰輻射反饋主要被變壓器油面以下2 mm左右的油層吸收。

3 結(jié) 論

為了研究初始溫度對(duì)變壓器油燃燒特性的影響及豐富變壓器油池火燃燒的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，開展了不同燃燒直徑和不同初始油溫的變壓器油池火實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，關(guān)注了變壓器油整個(gè)燃燒發(fā)展過程、燃燒速率以及油層內(nèi)部的溫度變化規(guī)律，得出了如下結(jié)論。

（1）通過分析燃燒速率的變化，變壓器油池火的發(fā)展過程可分為：①初始發(fā)展階段；②穩(wěn)定燃燒階段；③火焰熄滅階段。初始發(fā)展階段的燃燒速率隨著初始油溫的升高而增加。這主要是由于隨著初始油溫的升高，油品預(yù)熱所需要的熱量降低，用于油品蒸發(fā)的熱量增加。

（2）對(duì)于穩(wěn)定燃燒階段，初始油溫的變化對(duì)燃燒速率的影響較小。因此，針對(duì)變壓器油池火災(zāi)，可利用常溫油品的燃燒速率近似看作事故狀態(tài)的燃燒速率。但該階段對(duì)應(yīng)的燃燒速率會(huì)隨著燃燒尺度的增加而迅速增加。

（3）變壓器油在燃燒過程中，油層內(nèi)部根據(jù)溫度分布可分為：溫度梯度層和沸騰層。對(duì)于大尺度的燃燒，在穩(wěn)定階段，沸騰層厚度約為2.17 mm，與初始油溫?zé)o關(guān)。對(duì)于尺度較小的燃燒，由于側(cè)壁傳熱的影響，沸騰層厚度會(huì)相應(yīng)增加。燃燒過程中，穩(wěn)定的沸騰層厚度也表明火焰輻射反饋的熱流主要被油面以下2 mm左右的油層吸收。

符 號(hào) 說 明

cp——油品比定壓熱容，kJ/(kg·K)

D——油盤直徑，m

Ef——火焰表面輻射強(qiáng)度，kW/m2

Ff-S——火焰與油品表面之間的角系數(shù)

Lv——油品的蒸發(fā)熱，kJ/kg

m——油池火的燃燒速率，g/(m2·s)

qrad,qconv,qcond,qref,qheat——分別表示火焰向油品表面輻射反饋的熱流、火焰與油品表面對(duì)流換熱熱流、側(cè)壁與液層傳導(dǎo)的熱流、液層表面的反射輻射熱流和油層導(dǎo)熱的熱流,kW/m2

Tb,Ti——分別表示油品的沸點(diǎn)和油品的初始溫度,K