Ключевые слова
турбулентное диффузионное пламя
горение полимерного материала
OpenFOAM
Fire Dynamics Simulator
Как цитировать
Аннотация
в данной работе представлен подход к численному моделированию горизонтального распространения пламени по поверхности полиметилметакрилата с учетом сопряженного тепло- и массопереноса между газовой и твердой фазами. Разработан собственный решатель на базе OpenFOAM, реализующий химическую кинетику пиролиза, теплоперенос в твердом теле и взаимодействие с газовой фазой, включая итерационный алгоритм PIMPLE. Для учета турбулентных пульсаций в факеле пламени применена программа Fire Dynamics Simulator (FDS), а также создан Python-скрипт для интерполяции данных между расчетными сетками FDS и OpenFOAM. Проведено моделирование ламинарного и турбулентного горения, определены зоны с различными режимами течения, уточнена высота области ламинарного горения (7.5 мм), и выполнено сопряжение расчетов. Результаты показали, что включение турбулентной информации из факела не оказывает влияния на скорость распространения фронта пламени, что подтверждает доминирование ламинарного механизма у поверхности полиметилметакрилата. Дополнительно реализован механизм автоматического обновления граничных условий, что позволяет проводить серию последовательных расчетов с высокой степенью адаптации. Полученные данные позволяют повысить точность моделирования процессов горения и могут быть использованы для анализа пожарной безопасности в сложных геометрических конфигурациях.
Литература
Karpov A. I., Korobeinichev O. P., Shaklein A. A., Bolkisev A. A., Kumar A., Shmakov A. G. Numerical Study of Horizontal Flame Spread over PMMA Surface in Still Air. Applied Thermal Engineering. 2018;144:937–944. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.08.106.
Kacem A., Mense M., Pizzo Y., Boyer G., Suard S., Boulet P., Parent G., Porterie B. A Fully Coupled Fluid/Solid Model for Open Air Combustion of Horizontally-Oriented PMMA Samples. Combustion and Flame. 2016:170:135-147. DOI: 10.1016/j.combustflame.2016.04.009.
Snegirev A. Y., Kuznetsov E. A., Korobeinichev O. P., Shmakov A. G., Trubachev S. A. Ignition and Burning of the Composite Sample Impacted by the Bunsen Burner Flame: a Fully Coupled Simulation. Fire Safety Journal. 2021;127:103507. DOI: doi.org/10.1016/j.firesaf.2021.103507.
Wu K. K., Fan W. F., Chen C. H., Liou T. M., Pan I. J. Downward Flame Spread over a Thick PMMA Slab in an Opposed Flow Environment: Experiment and Modeling. Combustion and Flame. 2003;132:697-707. DOI: doi.org/10.1016/S0010-2180(02)00520-5.
Zhao K., Zhou X., Yang L., Gong J., Wu Z., Huan Z., Liu X. Width Effects on Downward Flame Spread over Poly(Methylmethacrylate) Sheets. Journal of Fire Sciences. 2015;33:69-84. DOI: doi.org/10.1177/0734904114554559.
Jiang L., Miller C. H., Gollner M. J., Sun J.-H. Sample Width and Thickness Effects on Horizontal Flame Spread over a Thin PMMA Surface. Proceedings of the Combustion Institute. 2017;36(2):29872994. DOI: doi.org/10.1016/j.proci.2016.06.157.
Bolshova T. A., Gerasimov I. E., Shmakov A. G., Korobeinichev O. P. Combustion of Spherical PMMA Samples in Still Air Simulated Using a Skeletal Chemical Kinetic Mechanism. Fire Safety Journal. 2023;138:103807. DOI: doi.org/10.1016/j.firesaf.2023.103807.
Fukumoto K., Wang C., Wen J. Large Eddy Simulation of Upward Flame Spread on PMMA Walls with A Fully Coupled Fluid–Solid Approach. Combustion and Flame. 2018;190:365–387. DOI: doi.org/10.1016/j.combustflame.2017.11.012.
Морар Г., Карпов А. И., Шаклеин А. А., Клейменов Е. В. Численное исследование распространения турбулентного диффузионного пламени по горизонтальной поверхности ПММА. Химическая физика и мезоскопия. 2025;27(23):382–389. DOI: doi.org/10.62669/17270227.2025.3.36.
McGrattan K., Hostikka S., Floyd J., McDermott R., Vanella M. Fire Dynamics Simulator. Technical Reference Guide. Volume 1: Mathematical Model. NIST Special Publication 1018, Sixth Edition. 2013. Режим доступа: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/SpecialPublications/NIST.SP.1018e6.pdf.