Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Приводятся результаты экспериментального исследования свободных нестационарных огненных вихрей. Генерация вихревых структур происходила при горении таблеток уротропина (гексаметилентетрамина), расположенных на подстилающей поверхности (лист алюминия). В отличие от большинства предыдущих исследований в экспериментах не использовались механические закручивающие устройства и боковой воздушный поток для получения огненных вихревых структур. Проверялось предположение, что генерация огненных вихрей происходила вследствие неустойчивости процесса горения. В результате экспериментов получены данные об условиях генерации (количество таблеток, время начала генерации, мощность тепловыделения) огненных вихрей и их интегральных параметрах (время жизни, высота, диаметр).
нестационарные огненные вихри, генерация огненных вихрей, физическое моделирование.
1. Введение
Огненные смерчи наряду с воздушными смерчами являются примерами экологических катастроф, наносящими большой ущерб окружающей среде и приводящими к многочисленным разрушениям и жертвам. Огненные вихри — вертикально ориентированные вращающиеся огненные факелы, драматически увеличивающие опасность природных и техногенных пожаров и их последствия [1, 2]. По сравнению с воздушными смерчами огненные смерчи довольно редкие природные явления, возникают при крупных лесных пожарах, массовых пожарах в городах и авариях на крупных пожароопасных объектах нефтехимии, лесоперерабатывающей промышленности и др. (рис. 1 на с. 2 обложки). Последствиями атомной бомбардировки Хиросимы и массированных бомбежек Гамбурга и Дрездена военно-воздушными силами США во время второй мировой войны стали опасные продолжительные неуправляемые пожары [3]. После множественных одновременных возгораний в условиях города, плотно насыщенного горючими материалами, пламена сливались, образуя однородно горящую площадь, вследствие чего возникали огненные смерчи.
1. Gess D., Lutz W. Fire Storm in Peshtigo: A Town, Its People and the Deadliest Fire in American History, Henry Holt Publishing, 2002.
2. Forthofer J. M., Goodrick S. L. Review of Vortices in Wildland Fire // J. Combust. — 2011. — Article ID984363. — 14 pp.
3. Ebert C. H.V. Hamburg`s Fire Storm Weather // NFPA Quarterly. — 1963. — V. 56. — P. 253–260.
4. Battaglia F., Rehm R. G., Baum H. R. The Fluid Mechanics of Fire Whirls: An Inviscid Model // Phys. Fluids. — 2000. — V. 12. — № 11. — P. 2859–2867.
5. Battaglia F., McGrattan K.B., Rehm R. G., Baum H. R. Simulating Fire Whirls // Combust. Theory Modell. — 2000. — V. 4. — P. 123–138.
6. Snegirev A. Y., Marsden J. A., Francis J., Makhviladze G. M. Numerical Studies and Experimental Observations of Whirling Flames // Int. J. Heat Mass Transfer. — 2004. — V. 47. — № 12–13. — P. 2523–2539.
7. Zhou R., Wu Z. — N. Fire Whirls Due to Surrounding Flame Sources and the Influence of the Rotation Speed on the Flame Height // J. Fluid Mech. — 2007. — V. 583. — P. 313–345.
8. Kuwana K., Morishita S., Dobashi R., Chuah K. H., Saito K. The Burning Rate`s Effect on the Flame Length of Weak Fire Whirls // Proc. Combust. Inst. — 2011. — V. 33. — P. 2425–2432.
9. Emmons H. W., Ying S. J. The Fire Whirl // Proc. Combust. Inst. — 1967. — V. 11. — P. 475–488.
10. Chuah K. H., Kushida G. The Prediction of Flame Heights and Flame Shapes of Small Fire Whirls // Proc. Combust. Inst. — 2007. — V. 31. — P. 2599–2606.
11. Lei J., Liu N., Zhang L., Satoh K. Temperature, Velocity and Air Entrainment of Fire Whirl Plume: a Comprehensive Experimental Investigation // Combust. Flame. — 2015. — V. 162. — P. 745–758.
12. Byram G. M., Martin R. E. Fire Whirlwinds in the Laboratory // Fire Control Notes. — 1962. — V. 33. — P. 13–17.
13. Byram G. M., Martin R. E. The Modeling of Fire Whirlwinds // Forest Science. — 1970. — V. 16. — № 4. — P. 386–399.
14. Martin R. E., Pendleton D. W., Burgess W. Effect of Fire Whirlwind Formation on Solid Fuel Burning Rates // Fire Technology. — 1976. — V. 12. — № 1. — P. 33–40.
15. Lei J., Liu N., Zhang L., Chen H., Shu L., Chen P., Deng Z., Zhu J., Satoh K., de Ris J. L. Experimental Research on Combustion Dynamics on Medium-Scale Fire Whirl // Proc. Combust. Inst. — 2011. — V. 33. — P. 2407–2415.
16. Kuwana K., Sekimoto K., Minami T., Tashiro T., Saito K. Scale-Model Experiments of Moving Fire Whirl over a Line Fire // Proc. Combust. Inst. — 2013. — V. 34. — P. 2625–2631.
17. Zhou R., Wu Z. N., Fire Whirls due to Surrounding Flame Sources and the Influence of the Rotation Speed on the Flame Height // J. Fluid Mech. — 2007. — V. 583. — P. 313–345.
18. Zhou R. Applications of the Equivalent Gap Fraction Criterion Method for Fire Whirl Risk Evaluation and Prevention in a Real Fire Disaster // Fire Technology. — 2014. — V. 50. — P. 143–159.
19. Varaksin A. Yu., Romash M. E., Kopeitsev V. N. The Possibility of Generation of Concentrated Fire Vortices without Forced Swirling // Doklady Physics. — 2014. — V. 59. — № 5. — P. 203–205.
20. Varaksin A. Yu., Protasov M. V., Romash M. E., Kopeitsev V. N. Generation of Free Concentrated Fire Vortices under Laboratory Conditions // High Temperature. — 2015. — V. 53. — № 4. — P. 595–598.
