火災羽流直接數(shù)值模擬.pdf

1、火災是一種失去控制的災害性燃燒現(xiàn)象?；馂牡陌l(fā)生會造成嚴重的人員傷亡及財產(chǎn)損失，對人類社會的危害性極大。因此人們需要探索和認識火災現(xiàn)象及其過程的機理和規(guī)律。在火災研究中，火災羽流研究具有非常重要的意義，研究手段包含有實驗和計算機模擬兩種手段。計算機數(shù)值模擬以數(shù)學物理模型為基礎，具有參數(shù)設置靈活、可重復性強、節(jié)約實驗成本等優(yōu)點，因而受到科研工作者的青睞。因為DNS(直接數(shù)值模擬)能夠捕捉到最為精細的時間和空間尺度，精確度高，所以本文采用DN

2、S數(shù)值模擬方法對火災羽流進行模擬研究，主要包含兩部分內(nèi)容：涉及熱浮力的羽流、涉及化學反應的羽流直接數(shù)值模擬。
　　 首先研究了涉及熱浮力的羽流，對目前國內(nèi)外研究較多的平面羽流和軸對稱羽流進行了比較分析。模擬發(fā)現(xiàn)，軸對稱羽流的平均徑向速度小于平面羽流，且軸對稱羽流的脈動頻率高于平面羽流，渦量值明顯低于平面羽流。從渦量輸運方程出發(fā)對此分析后發(fā)現(xiàn)，主要是由于軸對稱羽流的拉伸項為負值，使得羽流渦旋減小，混合強度減弱。
　　 隨后

3、對涉及化學反應的軸對稱羽流進行模擬研究，分析了無量綱參數(shù)Qh、Re、Fr、Da、Ze數(shù)的改變對羽流的影響。燃燒模型采用有限速率反應模型求解。首先分析了化學反應放熱對羽流渦旋結(jié)構(gòu)的影響。分析發(fā)現(xiàn)，對于無浮力無化學反應放熱的算例，流場中出現(xiàn)渦旋結(jié)構(gòu)，這主要是由于Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定造成的。從渦量輸運方程角度分析，主要是拉伸項產(chǎn)生了流場的渦旋結(jié)構(gòu)。而對于存在化學反應放熱的無浮力算例，流場不存在渦旋結(jié)構(gòu)，說明化學反應放熱破壞了

4、無浮力羽流的渦旋結(jié)構(gòu)，而這主要是通過渦量輸運方程的體膨脹項實現(xiàn)的。當考慮浮力作用時，由于靜脈曲張型的不穩(wěn)定性(varicose instability)而在流場中產(chǎn)生渦旋結(jié)構(gòu)。這種不穩(wěn)定性可以用Archimedes力解釋。分析Froude數(shù)的改變對羽流的影響：隨著Fr數(shù)的增大，渦量減小，羽流卷吸空氣的能力減弱，脈動頻率降低，火焰面增長并逐漸偏離對稱軸，而且由于浮力減弱，羽流軸向速度呈下降趨勢。從渦量輸運方程角度分析，根據(jù)改變Froude