实验与数值模拟：燃烧火球引发的浮力涡环现象

本文主要探讨了燃烧火球与浮力涡环之间的关系以及其在爆炸和燃烧过程中产生的"蘑菇状"烟团形成机理。研究者通过对实验室中的实验和数值模拟方法进行深入分析，使用了精确的技术手段如纹影法（Schlieren photography）和高速CCD相机来观察瞬时燃烧的火球在上升过程中如何快速形成具有涡环结构的烟团。实验结果显示，这种涡环形状并不受初始烟团形状或热源温升的影响。 在实验部分，通过预混合过量乙烯和氧气的气泡燃烧，研究人员捕捉到了火球上升时的动态过程，发现产生的涡环现象是由于燃烧产生的热量导致的流体密度差异，也就是所谓的浮力斜压性效应。在这种条件下，流体在受到重力作用下，不同水平的浮力差会产生涡度，这在轻流体与环境流体的交界面附近尤为明显。 进一步，研究团队利用中尺度气象模式RAMS（Regional Atmospheric Modeling System）进行数值模拟，对相同尺度的加热烟团流动过程进行了计算。通过计算机模拟验证了浮力涡环的形成与初始条件无关，这为理解大规模火灾和爆炸事件中的烟雾扩散提供了重要的理论依据。 论文的关键词包括爆炸烟团、燃烧火球、浮力涡环以及中尺度气象模型，这些概念对于理解和预测此类灾害事件的扩散特性至关重要。该研究不仅加深了对燃烧动力学的理解，也为相关领域的灾害预防和应急响应提供了科学支持。这篇论文将实验观察和数值模拟相结合，为我们揭示了燃烧火球与浮力涡环之间复杂而微妙的相互作用，对于提升对火灾和爆炸现象的科学认识具有重要意义。