Исследование закономерностей распространения турбулентного диффузионного пламени по вертикальной поверхности горючего материала

Финансирование: 
РФФИ
Номер проекта: 
16-08-00110_а
Время выполнения: 
1 Янв 2016 - 31 Дек 2016
Руководитель: 
Карпов А.И.
Институт: 
Институт механики УрО РАН

Разработана сопряженная математическая модель, описывающая закономерности автомодельного распространения пламени по поверхности горючего материала при нестационарном турбулентном течении химически реагирующего газа с учетом турбулентного диффузионного горения, теплопереноса излучением и теплопереноса и термического разложения в твердом горючем материале. Разработан вычислительный алгоритм и варианты его программной реализации на базе открытого пакета OpenFOAM и собственного кода. Для моделирования турбулентного переноса используется вихреразрешающий поход DDES – F1, позволяющий адекватно описывать как вихревое течение в ядре потока, так и локальные характеристики трения (теплообмена) на поверхности горючего материала. Для расчета скорости химической реакции горения в газовой фазе используется комбинированная модель, определяющая ее значение как минимальное из двух возможных механизмов ее протекания: интенсивностью турбулентного перемешивания компонентов по модели Сполдинга (разрушения вихрей, EBU – Eddy Break Up) и кинетическим режимом по закону Аррениуса. Для описания характеристик радиационного теплопереноса применяется модель диффузионного приближения (сферических аппроксимаций), где основной величиной, характеризующей температурное состояние, является интеграл интенсивности излучения. Проведены параметрические численные исследования распространения двухмерного ламинарного диффузионного пламени по горизонтальной поверхности полиметилметакрилата и установлены диапазоны кинетических параметров одноступенчатой макроскопической реакции горения в газовой фазе, обеспечивающие соответствие экспериментальным данным по скорости распространения пламени. Проведены численные исследования нестационарного распространения пламени вверх по вертикальной поверхности полиметилметакрилата. Установлен количественный вклад теплопереноса излучением в тепловой поток, поступающий из зоны пламени к поверхности горючего материала и определяющий закономерности распространения пламени. Для распространения пламени вверх по вертикальной поверхности полиметилметакрилата установлена область возникновения вихревых структур в пламени, вызванных тепловой неустойчивостью течения в конвективной колонке. По результатам анализа распределения подсеточной турбулентной вязкости в зоне пламени показано, что вихревое течение возникает при ламинарном режиме и, далее, через переходную область, реализуется в развитом турбулентном потоке. Установлены взаимные расположения области турбулентного течения и зоны пиролиза горючего материала, позволяющие оценить влияние турбулентного переноса на процесс распространения пламени.