【摘 要】
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油类火灾往往造成严重的人员伤亡和财产损失。及时把握火灾的发展趋势,对其进行准确地预测就显得尤为重要。油类火灾主要分为两种:储罐火和流淌火。目前已有众多针对这两种火灾的研究,但对于火焰的发展变化及燃烧速率的瞬时预测鲜有文献进行详细研究。为改进现有池火燃烧速率预测的数值模型,本文提出了全耦合的三维数值模型,此模型考虑了非均匀热反馈引起的燃油表面及内部流动,并对其进行直接求解。基于Open FOAM平台
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油类火灾往往造成严重的人员伤亡和财产损失。及时把握火灾的发展趋势,对其进行准确地预测就显得尤为重要。油类火灾主要分为两种:储罐火和流淌火。目前已有众多针对这两种火灾的研究,但对于火焰的发展变化及燃烧速率的瞬时预测鲜有文献进行详细研究。为改进现有池火燃烧速率预测的数值模型,本文提出了全耦合的三维数值模型,此模型考虑了非均匀热反馈引起的燃油表面及内部流动,并对其进行直接求解。基于Open FOAM平台使用大涡模拟（LES）对气相池火进行数值求解,燃油区域通过建立不可压缩层流控制方程求解其流动过程,并采用Boussinesq近似,除密度外的物性参数均设为恒定值。气液交界面处采用双向耦合共轭传热方法求解两相之间的热量传递,运用基于“薄层理论”的蒸发模型求解传质过程。其中采用全局特征长度计算蒸发模型中的传质系数。通过薄层燃油池火实验和厚层燃油池火实验验证了本文提出的数值模型的有效性和准确性。结果表明:使用预测燃烧速率得到的池火预测结果比使用固定燃烧速率得到的结果更准确;三维气液耦合模型改善了一维传热模型的不足,可以准确的预测燃油内部的传热和反漩涡的存在,进而准确预测燃烧速率;液相对流运动对燃烧速率具有一定的影响,在0.3 m直径厚甲醇池火中,忽略对流运动会导致前期燃烧速率上升过快;在1.0 m直径厚甲醇池火和0.3 m直径薄庚烷池火中,忽略Marangoni流动会导致燃烧速率上升过快。并且本文研究了满足计算要求需要的网格分辨率。
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