2.3.1 不同初始落速条件下50 kg燃料抛撒过程
1.初始静态条件下50 kg燃料抛撒过程(图2-9)
图2-9 初始静态条件下50 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-9 初始静态条件下50 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
由图2-9可以看出,在中心载荷作用下,抛撒落速100 m/s内燃料主要沿径向运动,少量燃料在被中心气体带动向倾斜上方和下方运动,抛撒落速50 kg燃料抛撒过程中回流现象十分显著。抛撒落速20 m/s时已有回流现象出现,抛撒落速50 m/s时刻云雾中心已有大量燃料聚集;抛撒落速在100 m/s之后燃料径向运动减缓,轴向扩散作用逐渐加强;抛撒落速在250 m/s时燃料形成圆饼形状,其厚度为3.7 m,半径为8.8 m。
浓度分布方面,随着时间的推移,径向上除了中心处燃料浓度较高外,靠近云团边缘的区域也出现了一个高浓度区。中心区的燃料浓度似乎一直处于较高值,由于回流作用,该区域的燃料在径向上的扩散就受到了较强的抑制,只有在轴向上沿中轴线的运动,可以看到在50 m/s时刻在燃料沿中轴线向上形成了一道射流。而靠近云团边缘的高浓度区域由于一直处于运动扩散状态,因此浓度随着时间也在逐渐降低。从云雾起爆的角度考虑,中心高浓度区域的燃料浓度有可能过高,超过了燃料的爆炸上限,因此最佳的云雾起爆位置还是在边缘附近的高浓度区。
2.初始落速100 m/s条件下50 kg燃料抛撒过程(见图2-10)
图2-10 初始落速100m/s条件下50kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-10 初始落速100m/s条件下50kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
由图2-10可以看出,燃料在前100 m/s时间内依然主要沿径向扩散,在20 m/s就已经出现了显著的回流现象,回流作用线中轴线附近燃料浓度增大,在静态条件下中轴线上聚集的大量燃料在有初始落速的条件下依赖更大的惯性,其下落速度超越了云团主体,使得整个云团在轴向上被拉长。最终整个云团被分成两部分:上部的椭球形云团和下部的柱状云团。250 m/s时刻上部椭球形云团部分径向半径为7.3 m,轴向高度为8.5 m;下部圆柱形部分相对较短,仅4.3 m。
浓度分布方面,由于初始下落速度的存在,随着时间的推移,中轴线上的燃料在轴向有较大程度的分散,因此静态条件下观察到的中心高浓度区域浓度有所下降,而靠近云团边缘的高浓度区域依然存在。
3.初始落速300 m/s条件下50 kg燃料抛撒过程(图2-11)
图2-11 初始300 m/s条件下50kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-11 初始300 m/s条件下50kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
随着初始下落速度增大到300 m/s,在下落速度100 m/s时观察到的整个云团被分成上部椭球状云团和下部杆状云团两部分的现象变得不显著,似乎云团整体变“胖”了。为了便于分析,依然将整个云团分成上下两部分,250 m/s时刻上部椭球形云团部分径向半径为7 m,轴向高度为7.6 m;下部云团与上部云团尺寸相当。
浓度分布方面,在70~100 m/s云团在中心处和径向边缘附近形成了两个高浓度区,中心的高浓度区域随着进一步的轴向扩散迅速衰减,而靠近云团边缘的高浓度区虽然也进一步扩散,但基本保持在较高范围内。
4.初始落速500 m/s条件下50 kg燃料抛撒过程(图2-12)
图2-12 初始500 m/s条件下50 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-12 初始500 m/s条件下50 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
随着初始下落速度进一步增大,云团上部椭球形、下部杆状的形态特征又逐渐清晰了起来。在初始下落速度500 m/s的条件下,250 m/s时上部椭球状云团的径向半径为8.4 m,轴向高度为7.5 m;下部杆状云团被进一步拉长,增加到12.2 m。
浓度分布方面,500 m/s下落速度条件下的云团浓度分布与300 m/s下落速度条件下的情况较为相似。只是随着初始下落速度的增加,中轴线上的云雾浓度有所增大,而本来靠近云团边缘的高浓度区则逐渐向中轴线处靠拢。
5.初始落速700 m/s条件下50 kg燃料抛撒过程(图2-13)
图2-13 初始700 m/s条件下50 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-13 初始700 m/s条件下50 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
图2-13 初始700 m/s条件下50 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
当云团初始落速增大到700 m/s时,云团整体在轴向上被拉扯得更长,云团上下两部分的界限也又变得相对模糊起来。落速在250 m/s时刻,上部云团径向半径为7.2 m,轴向长度8.3 m;下部云团长度被拉扯到13.8 m。700 m/s下落速度条件下,云团在70 m/s时刻依然出现了中轴线和径向四周两个高浓度区域,而径向四周的高浓度区域向中轴线处靠拢的趋势更加显著。落速在250 m/s时刻,两个高浓度区域几乎已经融为一体。