為了研究傾斜固體表面順流火焰蔓延的突變行為特性,基于OpenFOAM開源計算流體軟件的FireFOAM瞬態(tài)湍流火焰求解器,以典型可炭化材料瓦楞紙為原型,分析了傾斜角度為0°到30°范圍內(nèi)火焰形態(tài)、質量損失速率和固體表面熱量分布的變化規(guī)律。結果發(fā)現(xiàn)火災特性參數(shù)(火焰傾角和面積)隨傾角增加而增加,且在傾斜角度為10°和20°之間存在突變區(qū)域。當傾角小于10°時,火焰行為及固體表面接收到的熱量分布基本保持不變;當傾角大于20°時,火焰面積及火蔓延速度隨時間增大,火焰傾角變化較大且熱量分布隨時間變化逐漸增加。通過判斷未燃區(qū)熱量分布和溫度之間的特征比值的變化趨勢,揭示了固體表面傾角與火蔓延突變及加速行為的影響機制。

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【部分圖文】：

圖1計算區(qū)域劃分(單位:m)

Ren等人發(fā)現(xiàn)[11],壁面上的第一個網(wǎng)格大小需要小于等于3mm才能獲得較為準確的傳熱值,在本模擬中,整個流體計算區(qū)域模型的網(wǎng)格被設置為:Δy=3mm,Δx=5mm,Δz=5mm。固體區(qū)域在厚度方向的網(wǎng)格需要小于材料擴散率的平方根[12],即Δysolid=0.25mm....

圖2不同傾角下固體火蔓延時序圖

式中:ti表示火蔓延過程總時間;t為當前時刻。不同傾斜角度θ的火蔓延過程總時間分別為:100s、68s、20s和9s。圖2給出了不同工況下的火蔓延時刻典型的火焰形態(tài)圖片。從圖2可以明顯看出,傾斜角度為0°和10°的火蔓延過程較為緩慢,發(fā)展比較平穩(wěn),火焰形態(tài)規(guī)則,接近于準穩(wěn)....

圖3傾斜角度下順流火焰物理模型

通過對比不同傾角下火焰的幾何形態(tài),可以構建出一個順流火蔓延物理模型,如圖3所示。模型中一個分為三個區(qū)域,分別為炭化燃盡區(qū)(xb),熱解區(qū)(xp),未燃區(qū)(xpr)。固體表面產(chǎn)生的火焰與材料表面之間的傾斜夾角被定義為火焰傾斜角度α,固體與水平面之間的夾角被定義為θ。3.2火蔓延速....

圖4不同傾角下實驗與模擬結果對比(a:0°;b:20°)

圖5為是在不同放置角度下熱解前鋒位置隨時間的變化曲線圖。從圖中可以明顯看出,在角度為0°和10°時,火蔓延趨勢較為穩(wěn)定,與時間保持線性關系,并未隨時間發(fā)展出現(xiàn)較為明顯的加速度。在角度為20°和30°時,熱解前鋒位置與時間不再保持線性關系,隨著時間的增大而增大,并且增大趨勢越來越快....

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