Огненный шар при горении выбросов углеводородного топлива. I. Структура и динамика подъема

Проведено численное моделирование образования, горения и теплового воздействия огненного шара, возникающего при зажигании облака углеводородного топлива вблизи поверхности земли. Осесимметричное нестационарное течение описывается системой осредненных по Фавру уравнений сохранения с привлечением $(k-\varepsilon)$-модели турбулентности, модели турбулентного горения и глобально-кинетической схемы образования и выгорания частиц сажи. Оптические свойства смеси продуктов горения и сажи учитываются с помощью модели взвешенной суммы серых газов. Для расчета радиационного поля использована комбинация приближения объемного высвечивания и диффузионного приближения. Проведены расчеты огненных шаров, образующихся при вертикальных выбросах газообразного пропана массой от 1 г до 10$^3$ кг при зажигании вблизи точки выброса. Подробно проанализирована внутренняя структура огненного шара на различных этапах его эволюции. Представлена динамика подъема огненного шара при скоростях выброса, соответствующих изменению числа Фруда (определенного как квадрат отношения линейной скорости истечения к характерной скорости, обусловленной силами плавучести) в диапазоне 5 $\div$ 250. Получены зависимости от времени температуры, концентраций и скорости реакции в огненном шаре. Показано, что для данных диапазонов масс топлива и скоростей выброса при использовании введенных безразмерных параметров можно осуществлять масштабирование результатов и единым образом использовать полученные в работе расчетные зависимости.