建筑火灾顶棚射流的数值模拟及火焰扩展长度处理方法

探讨了建筑火灾数值模拟中常用的火焰区域获取方法及其优缺点。通过火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)对建筑火灾中的顶棚射流现象进行了模拟计算,其中考虑了不同火源热释放速率与不同火源距顶棚高度等条件的影响。分别采用连续图像法和温度阈值法获取了数值模拟中顶棚射流火焰扩展长度的数据,并与文献中基于试验建立的火焰扩展长度预测模进行了对比。结果表明：通过温度阈值法获取的火焰扩展长度数据受阈值取值的影响较大。通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据可以较好地反映出火焰扩展在不同火源热释放速率及不同火源距顶棚高度等条件下的动态变化情况,与前人建立的火焰扩展长度预测模型之间的吻合较好,表明通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据较为准确。建筑火灾数值模拟中的火焰扩展长度可通过基于单位体积热释放速率的连续火焰图像获取。研究结论可为建筑火灾数值模拟中火焰燃烧区域的确定提供参考。     

采油射流泵内流场数值模拟

采油射流泵内流场是具有逆压力梯度的强湍流场，扩散管部分具有不规则边界。采用代数法生成扩散器贴体坐标系统；并选择使用高Ｒｅ数ｋ－ε。模型及考虑逆压力梯度影响的壁面函数法对射流泵整体流场进行数值模拟。将理论结果与试验值进行对比分析，二者基本符合，数值模拟的可靠性得到了验证。     

基于S-A模型的气田井喷失控射流数值模拟的研究

为研究气田井喷失控污染物扩散规律,建立了井喷失控射流的Spalart Allmaras(S-A)湍流模型,应用FLUENT软件进行数值模拟.以"12·23"井喷失控事故案例进行验证,与实际情况比较.结果表明,数值模拟结果与实际情况相符,说明了数值模拟方法的实用性和有效性.     

火焰沿斜面可燃固体板传播的数值模拟

本文采用数值模拟方法，详细研究了倾角对火焰沿斜面可燃固体板传播的影响；计算结果表明：随着可燃固体板的倾角增加，火焰在其上面的传播速率不断增大，这一结论对建筑物的火灾安全设计具有指导意义。     

甲烷射流扩散火焰结构试验研究

利用不同口径、不同流量的甲烷射流扩散火试验研究了射流扩散火焰结构特征,得到了射流火从层流燃烧到湍流燃烧再到吹熄的一般规律.结果表明,不同口径射流火在层流扩散燃烧与湍流扩散燃烧时火焰高度的变化各有不同.火焰最大高度出现在湍流扩散燃烧阶段.某些工况下燃烧出现脉动火焰现象,此时的火焰高度较小.     

室内火灾喷出和旋转火焰的实验和数值模拟

喷出火焰和旋转火焰是室内火灾火焰的两种常见存在形式。利用小规模室内火灾试验装置和FDS软件,对室内火灾喷出火焰和旋转火焰进行了实验模拟和数值模拟;根据模拟结果,提出了小规模室内火灾条件下喷出火焰根部温度估算公式,分析了室内火灾火焰旋转的机理及其引起热烟气层温度、地板辐射热通量等参数升高的原因。     

火焰撞击受限顶棚条件下顶棚最高温度数值模拟研究

顶棚下方最高温度是隧道火灾发展蔓延时的重要参数。针对火焰撞击顶棚并受到顶棚侧墙限制的强羽流驱动的顶棚射流,利用FDS模拟了18种缩尺寸隧道火灾工况,研究了顶棚下方最高温度随着火源功率、火源与顶棚距离的变化规律。结果表明:火焰撞击区域附近顶棚下方温度随着火源功率的增大而降低,随火源与顶棚距离的增大而升高;相反,在远离火源区域顶棚下方的温度随火源功率增大而升高,随火源与顶棚距离增大而降低;同时,通过分析隧道中心面上顶棚下方温度分布规律,提出了火焰撞击受限顶棚时顶棚下方最高温升的预测模型,研究结果能为实际的隧道消防提供一些参考。     

障碍物对火焰结构影响的 Realizable k-ε模型数值模拟

在管道内设置长方体障碍物,对火焰翻越障碍物的情形进行数值模拟研究,分析火焰褶皱现象。基于可实现k-ε模型(Realizable k-εmodel)和EDC(涡流耗散概念模型),建立湍流加速火焰现象的数值模型,实现管道火焰流场的可视化,研究障碍物对火焰结构、火焰流场的加速过程,分析了导致火焰发生褶皱的机理,得出火焰在翻越障碍物后会形成两个相反方向的涡流。     

高海拔矿井掘进巷道瓦斯爆炸火焰传播规律数值模拟*

为研究高海拔矿井瓦斯爆炸火焰传播规律,运用数值模拟方法,建立矿井掘进巷道瓦斯气体爆炸数学及物理模型,并对海拔高度为0,1 000,2 000,3 000,4 000 m时的爆炸火焰传播速度、温度和冲击波压力进行研究。结果表明:瓦斯浓度和聚集体积量一定的掘进巷道发生瓦斯爆炸时,随着海拔高度的升高,火焰传播速度增大,且海拔每升高1 000 m,瓦斯气体聚集区和非聚集区的平均火焰传播速度分别增大4.7%和1.9%,掘进巷道内同一位置受到的瓦斯爆炸火焰最高冲击波压力随着海拔高度增加而显著降低,且呈二次函数关系,达到最大冲击波压力和最高火焰温度的时间缩短,最高爆炸火焰温度受海拔高度的影响较小。     

密闭储罐内填充非金属多孔材料后预混可燃气体火焰传播的数值模拟

采用商业软件Fluent 6.3建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型,对密闭储罐内多孔介质中丙烷-空气预混燃烧进行数值模拟。结果表明:火焰在空爆时比在填充多孔材料后发展的快得多,空爆时表压数量级为106,而填充多孔材料后表压数量级为104,说明此非金属多孔材料有很好的阻火性能和抑爆性能;且多孔材料的平均孔径越小,其阻火防爆性能越好。     

基于数值模拟的外墙保温体系防火问题研究

针对国内现有的外墙外保温系统的防火性较差的现状,通过分析上海公寓楼外墙保温层的火灾,得到外墙外保温防火的三种重要因素（粘结或固定方式、防火隔离带的构造、防火保护面层）。鉴于现在流行的保温材料为膨胀聚苯板（EPS）,因而选用EPS作为模拟材料,利用数值模拟计算得出以下结论：认为火灾时有空腔的保温层比无空腔的保温层更危险;设置防火隔离带能有效得阻隔火灾的蔓延,较宽的隔离带效果更好。除此之外,外保温层防火设计中还应考虑以下三方面的问题,即遴选适当的保温材料、建议保温层也使用类似于防火分区的防火措施和保证保温效果的同时增加防火隔离带的宽度。研究结论和建议对于解决外墙保温体系防火问题具有重要的参考价值和现实意义。     

狭长空间内细水雾射流的数值仿真

综合可压缩流场控制方程、κ-ε湍流模型、粒子动力学模型及简化的雾滴-壁面碰撞模型,建立了狭长空间内细水雾射流的数值仿真模型。基于该模型,采用Fluent流体动力学仿真软件对4种不同粒度的细水雾射流进行了数值仿真。结果表明:粒度较大的细水雾在入射初期速度较快,且保持雾化角的能力更强;细水雾在到达壁面后形成的雾化区形态上保持准稳定,呈现出特征鲜明的雾化主流区、横流区、回流区与涡流区,整个雾化区范围向两侧匀速延伸,粒度越小的雾化区延伸速度越快;狭长空间内垂直于射流方向的气流与细水雾射流产生相互影响,气流在远离喷口的雾化区迎风处速度降低,在靠近喷口的背风处形成涡流,雾化区形态沿气流流向发生扭曲。     

独头巷道射流通风流场CFD模拟研究

独头巷道压入式通风是有限空间的受限贴附射流。独头巷道通风风流流场是通风理论和通风设计的基础。笔者根据流体动力学和射流理论 ,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风的紊流k -ε数学模型 ,分析了计算边界条件 ,并应用计算流体动力学 (CFD)的方法模拟了独头巷道射流通风流场 ,从理论上得出了独头巷道有限空间受限贴附射流通风的规律 ,为研究独头巷道合理并有效通风提供了新的理论依据。     

外立面作用下水平湍流浮力射流火焰的附壁研究

用防火板模拟建筑外立面,设计了可控流速和开口尺寸的气体燃烧器产生水平湍流浮力射流火焰,系统研究了外立面抑制火焰卷吸所导致的水平湍流浮力射流火焰附壁规律。将火焰流场演变分为两个阶段:(1)出口到流场水平动量衰减为零(等价点)的阶段;(2)火焰附壁或不附壁的阶段。其中,火焰附壁与否很大程度上取决于等价点到出口的水平距离LE。通过分析,我们发现雷诺应力是导致流场水平动量衰减和火焰附壁的主要原因。由此,我们基于普朗特混合长度理论推导了雷诺应力的近似表达式并结合动量控制方程,获得了LE与修正弗洛德数Fr*的线性关系,从理论上解释了出口宽高比n(n=B/H,B是开口宽度;H是开口高度)越大,火焰越容易附壁的现象,并确定了不同开口及流速条件下,火焰附壁的临界条件。     

瓦斯浓度对爆炸传播影响的数值模拟研究

以DN700mm管道为原型,应用连续相计算方法对不同浓度瓦斯爆炸火焰、压力波传播进行数值模拟.从中可以看出,爆源附近火焰传播速度较小,上升到某一峰值后又衰减;瓦斯浓度对火焰传播速度有比较大的影响;爆源点的最大压力值并不是整个过程的最大值;瓦斯浓度对爆炸压力峰值影响较大.     

挑檐抑制PMMA竖直火蔓延数值模拟研究

应用FDS数值模拟软件,建立PMMA竖直火蔓延模型,通过改变防火挑檐长度和宽度,设计一系列工况,对比分析挑檐长度、宽度以及宽长比对竖直火蔓延的影响。结果表明当挑檐长度为临界值时,随宽度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率均逐渐降低;挑檐宽度为临界值时,随长度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率逐渐降低;挑檐长度较长时,有效阻火的挑檐宽度随长度的增加而逐渐减小,最后固定不变,最终建立了防火挑檐的临界点与热释放速率的无量纲模型。     

燃油惰气发生器燃烧室气雾两相流场数值模拟

以新型燃油惰气发生器燃烧室为研究对象,对气相采用重整化群(renormalization group,RNG)κ-ε双方程模型,对颗粒相采用随机颗粒轨道模型,考虑气雾两相间的耦合作用,采用二阶迎风差分和SIMPLE算法,数值模拟燃烧室内的气雾两相三维流场,得到了燃烧室内空气一油雾两相流动动力学特性,比较分析了数值模拟结果与实验数据.研究结果表明,在旋流射流、壁面圆孔射流及燃烧室特殊几何结构的共同作用下,燃烧室内充满旋流,同时存在多个回流区,油气掺混剧烈而充分,有助于燃料点火、稳定火焰和提高燃烧效率.本文结果有助于燃油惰气发生器燃烧室燃烧性能的分析及结构与工艺参数的优化.     

横向风作用下喷口间距对射流扩散火焰特征的影响研究*

为研究横向风作用下喷口间距对射流扩散火焰特征的影响,以双喷口火焰为研究对象,利用CCD摄像机拍摄火焰几何形态,研究横向风条件下喷口间距对火焰形态演化、火焰长度和火焰吹熄极限的影响。研究结果表明:喷口间距较小时,2束火焰因空气夹带竞争和压差作用,彼此相互倾斜融合,火焰融合概率随喷口间距增加而逐渐降低,火焰临界融合间距随横向风的增加先增大后减小;由于火焰的空气夹带和热反馈处于较高水平,2束火焰被少量拉伸,火焰长度先增加后减小;喷口间距较小时,火焰吹熄极限显著增加。     

障碍物对火焰传播过程影响数值模拟

采用CFD软件AutoReaGas建立典型的物理模型及数值模型来研究管道内障碍物对可燃气体爆炸火焰传播的影响规律。结果表明,障碍物间距、阻塞率的改变会对爆炸场内的火焰传播速率产生巨大影响。障碍物间距的改变对火焰传播速率的影响是一个先增大后减小的过程;低阻塞率下,火焰传播速度较低。但随着阻塞率的增大可燃气体爆炸火焰传播速度得到明显的增大。为障碍物对可燃气体爆炸传播规律的影响的进一步研究提供了理论依据。     

井喷后硫化氢扩散数值模拟研究现状

随着含硫天然气藏的勘探与开发,井喷后硫化氢扩散的研究显得非常重要.通过查阅大量文献资料,从井喷后硫化氢扩散数值模拟的不同模型入手,对箱及相似模型、API模型、浅层模型、高斯烟羽模型和CFD模型进行了阐述和分析,对比了各类模型的基本原理和优缺点,指出了硫化氢数值模拟的研究方向和完善措施.