Experimental and Numerical Comparison of Small-scale Gaseous Fire Whirls
Notice bibliographique
Résumé
Fire whirls can occur during urban fires, especially in intense fires in combustible building structures, and more often in forest or wildland fires. They are a special swirling diffusion flame characterized by significant enhancement in burning rates, flame heights and flame temperatures, along with a strong whirling motion of the flame. This whirling motion can pick up large firebrands and scatter them afar leading to spot fires. Many researchers have published experimental work on small- and medium-scale pool fire whirls and gaseous fuel fire whirls using split cylinders and various fixed-frame apparatus to investigate axial and tangential velocity profiles, axial and radial temperature distribution, burning rates, and flame heights. Likewise, several researchers have attempted to predict the experimental results of fire whirls using different modelling approaches and simulation software. In this paper, experiments were undertaken to study the dynamics of propane gas fire whirls in a small-scale, square-based, fixed-frame apparatus. Measurements of flame height and temperature profiles (both axial centerline and radial) were made for a low initial momentum burner of 76.2 mm internal diameter. The burner was operated at a volumetric flow rate of 6 dm 3 /min, which gave a heat release rate of 9.12 kW. Simulations using Fire Dynamics Simulator (FDS 6.6.0) and ANSYS Fluent 17.1 were performed to compare with the experimental measurements. Four separate mesh refinements were employed and four different sub-grid-scale (SGS) turbulence models were tested with FDS. The Deardorff, Wall-Adapting Local Eddy-viscosity (WALE), and dynamic Smagorinsky models, formed stable fire whirls for the two largest mesh refinements. The temperature profiles were overpredicted at the core of the flame with FDS and underpredicted with Fluent. The FDS simulation prematurely predicts the peak temperature for the axial centreline profile, whereas with Fluent the axial temperature profile matches the general trend of the experimental measurements. The visible flame height, determined through image processing, was approximately 0.88 ± 0.06 m, which corresponds to a measured temperature of ∼500°C. The 500°C temperature contour was used as a rough approximation of the flame height in the numerical simulations. It was found that with Fluent the 500°C contour grew until the fire whirl stabilized and reached the top of the hood at 1.6 m, clearly overpredicting the flame height. The height estimates based on the predicted 500°C contours show a strong dependence on the mesh resolution. This is primarily due to increased instability resulting in more mixing and spreading of the temperature for the coarser mesh size. However, the simulated flame heights show less dependence on the SGS turbulence models.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».