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摘要：火旋风又称火焰龙卷风，当火灾发生同时周围环境又达到一定的条件时，火焰会形成一个龙卷风般漩涡，是一种特别罕见的现象。发生火旋风时，周围气体流速加快，使其燃烧速率增强，扩大影响范围，对人们的生命和财产安全构成巨大威胁。本文通过理论分析、实验研究相结合的方法，着重总结火旋风的燃烧特性，实验方法为建立四面墙+狭缝+火源的模拟实验平台，研究内容为火旋风的火焰温度、火焰高度、不同油盘直径的热释放速率、不同狭缝宽度对火旋风的影响。

关键词： 火旋风；FDS；数值分析；热释放速率；通风口

Experimental design and interpretation of fire dynamics

Abstract: Fire tornado, also known as fire whirlwind, when fire occurs with certain conditions, the flame will form a tornado whirlpool, which is a particularly rare phenomenon. When a fire tornado occurs, it is usually accompanied by a strong rotating upward movement, which increases its combustion rate and expands its influence, posing a great threat to people's life and property security. In this paper, the combustion characteristics of fire cyclones are summarized through theoretical analysis and experimental study, The experimental method is to build a simulation platform of four walls, narrow slits and fire sources. The research content that The influence of flame temperature, flame height, heat release rate of different oil disc diameters and slit width on fire tornado.

Keywords:  Fire tornado; FDS; Numerical analysis; Heat release rate; Air vents

目录

摘要.i

Abstracti

目录ii

1.绪论..1

1.1选题背景..1

1.2典型火旋风案例..2

1.3研究意义.3

1.4国内外研究现状..3

2FDS软件概述6

2.1FDS方程..6

2.1.1FDS求解的基本方程.6

2.1.2大涡模拟法8

2.2FDS模拟流程.9

2.3PyroSim建模软件9

3.火旋风模拟实验11

3.1火旋风产生条件.11

3.2产生火旋风的方法..11

3.2.1旋转纱窗·火源装置11

3.3.2四面墙+狭缝+火源装装置..11

3.3火旋风的基本燃烧现象.12

3.3.1火旋风演示实验.12

3.3.2火焰结构.14

4.计算机模拟.15

4.1火旋风模拟..15

4.1.1几何形状和网格尺寸15

4.1.2油品的热物性16

4.1.3火源的设定..18

4.1.4运行FDS..18

4.2火焰温度.19

4.3火旋风演化的四个阶段.21

4.4火旋风轴向上升速度22

4.5热释放速率分析.24

4.6不同通风口宽度对火旋风的影响..26

5.总结与展望.29

5.1主要结论.29

5.2工作展望29

参考文献..30

致谢 32

1.绪论

1.1选题背景

火是人类文明起源的象征，古往今来人们的生活与火息息相关，火的出现和传播给人类社会带来了巨大的变化，让我们不惧黑暗，不畏寒冷。但俗话说“水火无情”，如果用火时出现失误或管理不当，就有可能会酿成大祸，引起严重的灾难，给人类的生命财产安全带来巨大的威胁。当前，随着世界人口增加和社会经济的快速发展，一旦发生火灾，所造成的损失也就越大。在社会生活中，火灾已成为威胁公共安全，危害人民群众生命财产的一种多发性灾害。

本文的研究对象火旋风就属于一种特殊类型的火灾，它常见于在森林火灾和城市火灾中，火焰在气流的影响下旋转，随着燃烧的发展，其强度愈来愈大，最终发展成火旋风。发生火旋风时，通常伴随着强劲的旋转上升运动，使其燃烧速率增强，扩大影响范围，造成更严重的后果[1]。相比的一般火灾,火旋风火灾的危险在于其极高的燃烧速度、火焰温度,还有它强劲的旋转风力，会携带火种长途飞行,即引发飞火现象，从而扩大火灾的影响。所以，探究火旋风形成及影响因素，对制定防治火旋风的方法具有很重要的实际意义。除此之外，火旋风还属于一种及其罕见的自然奇观，它的那特殊的结构和现象引起很多领域学者的兴趣，例如，在2007年美国的科普杂志LiveScience上，火旋风现象被称为7大怪异天气现象之一。研究过火旋风的人都了解，火旋风是在上升气流和旋转涡流的共同作用下形成的，但在现实发生的火旋风中，其形成涉及到地形地貌、风向风速、气候状况、燃料性质等多种因素，在各因素之间的相互作用下才出现火旋风的，这足以说明火旋风的形成及影响条件的复杂性；除此之外，火源大小、燃料种类、不同的燃烧状态对火旋风燃烧规律的影响非常复杂的。因此，研究影响火旋风各种因素的具体作用，以及火旋风在各种条件下的形成机制，对研究火灾和消防方面的学者具有重要意义。 (责任编辑：qin)