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.
