火災時燃え広がる先頭火炎の構造、安定性に関する実験的及び乱流の数値解析的研究

火灾过程中湍流对先导火焰结构及稳定性的实验与数值分析研究

• 批准号: 10750440
• 负责人: 王 暁
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10750440/
• 关键词: 火災; 乱流; 境界層; 浮力; 熱放射; 弱重力; モデリング; 数値解析

1) 層流反応性境界層中の先端火炎の多重構造及び安定性 空気流が水平平板と平行して流れ、層流境界層ができる。平板表面(バーナ)より燃料を噴射させ境界層の中で空気と混合・反応し拡散火炎が形成した。反応発熱及び主流速度によって火炎の多重構造及び不安定性に及ばす影響を調べることを目的として数値解析を行った。反応発熱のある場合、負の渦度に挟まれ火炎面に沿う正の渦度域が見られ、これら正の渦度が下流側へ発達しながら速度overshoot及び火炎の不安定性をもたらしたと分かった。先端火炎の上流に循環流が現れ、熱及び化学成分が先端火炎より上流へ運ばれ、火炎の燃え広がりに起因したものと考えられる。2) 鉛直平板境界層中の乱流拡散火炎 鉛直に置かれた可燃性平板表面に形成した乱流拡散火炎を対象にして数値計算の数学モデルを提案し、有限差分法を用いて二次元乱流境界層と燃焼の数値シミュレーションを行った。化学反応は発熱があり反応速度無限大の単段階不可逆総括化学反応モデルで、乱流挙動はk-ε乱流モデルで記述され、特に放射熱損失と浮力は研究対象に大きな影響を及ぼすため、その寄与をモデリングして考慮に入れた。数値計算で得られた鉛直平板上の乱流境界層における速度、温度、乱流エネルギ、化学成分、燃料噴出速度などの分布に基づき、反応性境界層の空気力学的な構造、主流レイノルズ数、浮力及び放射熱損失による境界層の発達と物質の混合・反応への影響を調べた。3) 弱重力条件下の乱流壁火炎 地球と宇宙空間に往来する飛行器が必ず無重力と正常重力の間の弱重力空間を通過する。この弱重力状態の下で壁火災が発生するとき、燃え広がりと燃焼速度等を数値解析手段で調べた。放射熱及び浮力の影響を含むk-ε乱流モデルで鉛直に置かれた可燃性平板表面に形成した乱流拡散火炎を対象にして数値計算の数学モデルを提案し、有限差分法を用いて二次元乱流境界層と燃焼の数値シミュレーションを行った。壁面で気体燃料添加の質量流束が局所的な熱流束に比例すると仮定し、放射熱及び浮力の影響を含むk-ε乱流モデルを用いて複数の重力レベルに対して数値計算を行った。燃料添加速度は先端火炎付近にx^<-1/4>の法則で変化し、xの更なる増加を伴ってより早く減少したことが分かった。熱放射損失が増えれば、乱流運動エネルギ及び燃料添加速度が低下した。一方、重力加速度が減れば、速度のovershootが抑制され、乱流運動エネルギと燃料添加速度が共に小さくなった。

1) The multiple structures and stability of the apex flames in the laminar reactive boundary layer are the horizontal plate and parallel flow of the empty flow, and the laminar flow boundary layer. The surface of the flat plate (バーナ) is sprayed with fuel, and the boundary layer is in the middle of the air, and the mixture and reaction are dispersed and the flames are formed. The multiple structure of the reaction against the heat and the mainstream speed and the flames and the instability and the influence of the heat and the main flow are the purpose of the adjustment and the analysis of the numerical values ​​​​and the action. Anti-heat のある occasion, negative vorticity に恟まれflame surface にedge うpositive vorticity domain が见られ, これらpositive vorticity がOn the downstream side, there is speed overshoot and flame instability. The upper flow of the flame is the circulation flow, the chemical composition is the chemical composition, the flame is the upper flow, and the chemical composition is the upper flow. 2) The turbulent flow in the vertical plate boundary layer spreads the flames The surface of the combustible flat plate is vertical and the surface is formed. The turbulent flow spreads the flames. The image is calculated. The proposal and the finite difference method are based on the two-dimensional turbulent flow boundary layer and the numerical value of the two-dimensional turbulent flow boundary layer. Chemical reaction, thermal reaction, infinite reaction speed, irreversible stage, including chemical reaction, turbulent flow, k-ε turbulent flow, etc. The study of the radiation heat loss and buoyancy of the above-mentioned materials will be considered in the study of the impact of large-scale radiation and radiation, as well as the impact of radiation heat loss and buoyancy. Numerical values are calculated based on the turbulent boundary layer on the vertical plate, velocity, temperature, turbulent flow, chemical composition, fuel injection velocity, distribution, and reaction. The な structure, mainstream レイノルズ number, buoyancy and radiant heat loss of the erroneous boundary layer are the の発达 and the material のmixing and reaction effects of the boundary layer. 3) Turbulent wall fire under weak gravity conditions. Aircraft traveling between the earth and space must have no gravity and must pass through the weak gravity space between normal gravity and weak gravity. The low gravity state of the wall fire, the fire rate, the burning speed, etc. are all numerical value analysis methods. The influence of radiant heat and buoyancy is that the k-ε turbulent flow is vertical and the surface of the flammable flat plate is formed.てnumerical value calculation のmathematical モデルを proposalし, the finite difference method is used いてtwo-dimensional turbulent flow realm layer と火焼のnumerical value シミュレーションを行った. The proportion of the heat flux, the radiant heat and the buoyancy of the localized mass flux where the fuel is added to the wall are determined The influence of the k-ε turbulent flow is calculated using the gravity of the complex number of the k-ε turbulent flow. The fuel addition speed is as follows: The heat radiation loss is increased, the turbulent flow motion is reduced, and the fuel addition speed is reduced. On the one hand, the gravity acceleration is reduced, the speed is suppressed, and the turbulent motion is reduced and the fuel addition speed is reduced.

项目成果

WANG,X., SUZUKI,T., OCHIAI,Y., ODA,T.: "Numerical Studies of Reacting Flows over Flat Walls With Fuel Injection,Part2 : Triple-Structure/Stabilization of a Diffusion Flame" JSME.International Journal. Vol.42,No.1 Feb.1999. 100-110 (1999)

WANG, X., SUZUKI,T., OCHIAI,Y., ODA,T.：“燃油喷射平壁反应流的数值研究，第 2 部分：扩散火焰的三重结构/稳定” JSME.International Journal。

WANG,X., SUZUKI,T., OCHIAI,Y., ODA,T.: "Numerical Flow Visualization of Turbulent Diffusion Flarne over a Vertical Flat Wall" Proceedings of the 8th International Syinposium on Flow Visualization (CD Rom). ISBN 0953399109. 1-8 (1998)

WANG,X.、SUZUKI,T.、OCHIAI,Y.、ODA,T.：“垂直平壁上湍流扩散法兰的数值流可视化”第八届国际流可视化研讨会论文集（CD ROM）。