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。

火前锋附壁的模拟实验研究

设计了可变坡度燃烧实验台,利用气体燃烧器模拟沟槽地形火蔓延中的火前锋。以丙烷为燃料,主要开展了不同坡度和高宽比(挡板高度与燃烧器宽度之比)条件下的气体燃烧实验。结果表明,坡度是影响火焰附壁的关键因素,挡板的存在限制了侧向卷吸从而加快火焰倾斜甚至附着。上坡火前锋存在一个发生火焰部分附着的临界坡度,该临界坡度不随挡板高宽比的变化而改变,该文的临界坡度为10°~15°。随坡度继续升高,高于另一临界坡度时,火焰完全附着在实验台面上,形成薄片状结构,发生火焰完全附着。附着火焰表现出明显的脉动性,随坡度的增大而增强,挡板的存在明显加剧了火焰脉动,而高宽比的变化对火焰脉动特性无显著影响。