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本文应用大涡模拟(LES)的方法研究了浮力火的振动特性。在本文设定的火灾场景中,以甲烷气体作为燃料,喷入筛状的燃烧炉(0.3米×0.3米)进行燃烧。数值模拟的研究区域为3米×3米×3米的立方体空间。本文采用的亚格子尺度(SGS)模型,考虑亚格子尺度应力与湍流通量的耦合影响。为了研究燃烧及碳烟颗粒造成的热辐射损失,本文利用离散坐标法(DOM)研究热辐射转导过程,同时应用Moss等提出的碳烟模型描述烟的发展过程。为了研究浮力驱动下的湍流,本文采取了二级“预测一修正”的阶段分析方法,预测时引入二阶Adams-Bashforth时间积分法的显式推进方法,而修正时采用准二阶的Runge-Kutta方法。
结果证明,通过应用二级阶段分析方法,模拟的燃烧区与非烧烧区的温度比值达到一个稳定数值。为了研究产生碳烟的化学反应过程,本文利用四阶Runge-Kutta的常微分方程进行求解,采用二阶中心差分法离散所有的控制方程式,并应用了Krylov方法求解泊松方程。通过与McCaffrey的实测结果进行比较,本模型预测的涡震/颤振频率为2.1赫兹,与实验测得的大约2.7赫兹非常接近。最后,本文还进一步讨论了模型的优缺点及今后的改进工作。