围绕火旋风的常密度边界层模型

本文研究了在水平面上局部燃料源上方发展的火旋风周围冷边界层流动的稳态轴对称结构。在边界层外由浮力湍流羽流（在火上方发展的热燃烧产物）的夹带所驱动的的无粘旋流，由一个无旋解描述，该解通过将 Taylor 在轴向平面运动的自相似解与环量为 $2 \pi \Gamma$ 的线涡所引起的方位角运动相结合得到。边界层从给定的径向位置开始的发展，通过对不同旋流水平（由初始径向位置处径向与方位角速度比 $\sigma$ 的值衡量）进行数值积分确定。如同 Burggraf 等人（Phys. Fluids, 1971）开创性边界层分析中所处理的 $\sigma=0$ 情形，可见与无粘流向心加速度相关的压力梯度产生了显著的径向入流。特别关注了边界层速度在轴线附近的末端形状，其呈现出三层结构，由匹配渐近展开描述。所得复合展开依赖于通过参数 $\sigma$ 表征的环境旋流水平，被用作边界条件以描述边界层流动在轴线附近偏转形成垂直旋流射流。针对不同的 $\sigma$ 值，给出了所得非细长的碰撞区域在無粘流和具有适度大控制雷诺数 $\Gamma/\nu$ 的粘性流下的数值解。所提供的速度描述在局部火旋风流动的数学表述中很有用，提供了考虑环境旋流水平的一致边界条件。