孫從煌,曲艷東

(1.中國十九冶集團有限公司 工業(yè)建設(shè)分公司，成都 610000；2.遼寧工業(yè)大學 土木建筑工程學院，錦州 121001)

氫氣因具有點火能量低、層流燃燒速度快、燃燒極限大、耗散小等特點，使其燃爆過程中復雜多變；而可燃氣體在實際管道的生產(chǎn)、運輸和使用過程中，常因管段形式和輸送環(huán)境的變化而引發(fā)泄漏爆炸事故。例如，2002年9月15日山東省濟寧市山東嶧山化工尿素廠壓力管道因球罐富氧總閥前后彎頭數(shù)目過多引發(fā)的泄露爆炸事故致4死1傷；2014年7月31日臺灣高雄市地下丙烯直管道因地下水氣加速腐蝕老化引發(fā)的泄漏爆炸事故致32死321傷；2017年12月23日嘉興市富欣熱電廠因鍋爐主蒸汽管至減溫減壓站直管處發(fā)生爆裂引發(fā)事故致5死4傷。諸如此類事故案例數(shù)不勝數(shù)。為此，國內(nèi)外眾多學者對不同初始條件下各種管段形式內(nèi)可燃氣體的燃爆特性展開諸多研究。Xiao通過實驗和數(shù)值模擬分別研究了密閉水平直管、半開口水平直管和90°彎曲管內(nèi)預混H2/Air燃燒火焰?zhèn)鞑ゼ把葑冞^程[1-3]。何學超借助高速紋影技術(shù)對90°彎曲管內(nèi)C3H8/Air預混火焰?zhèn)鞑ゼ叭急匦赃M行了實驗研究[4]。此外，考慮不同初始條件的影響差異，Li在研究甲烷-煤灰預混氣體燃爆特性時發(fā)現(xiàn)爆炸峰值壓力及其上升速率隨初始壓力和初始濃度的增加而增大[5]。Wan通過研究中尺度燃燒室內(nèi)預混CH4/Air燃燒火焰詳細反應機理，發(fā)現(xiàn)初始壓力的不斷增加，其反應強度的增加和火焰前鋒面的拉伸效應正反相互競爭作用導致CH4/Air滅火極限呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，其競爭結(jié)果將影響火焰的穩(wěn)定性[6]。Song利用高速紋影攝像系統(tǒng)實驗研究預混氣體(天然氣-氫氣-空氣)火焰?zhèn)鞑ヌ匦詴r發(fā)現(xiàn)，初始溫度及氫氣組分的增加對層流燃燒火焰?zhèn)鞑サ姆€(wěn)定性不利，但卻能增加層流燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俾?，而隨初始壓力的增加抑制層流燃燒火焰的傳播[7]。李潤之通過20L的球形爆炸罐中心點火實驗研究不同環(huán)境溫度對瓦斯爆炸峰值壓力及峰值壓力上升速率的影響[8]，實驗結(jié)果揭示了爆炸峰值壓力隨初始環(huán)境溫度的增加而降低，并呈現(xiàn)倒數(shù)線性衰減規(guī)律，而爆炸峰值壓力上升速率的變化趨勢卻不明顯。Moore通過C3H8/Air燃燒火焰點燃爆炸罐體內(nèi)CH4/Air預混氣體，以298～398 K的初始溫度進行130組實驗研究發(fā)現(xiàn)氣態(tài)反應物初始溫度的升高，加劇了CH4/Air擴散火焰不穩(wěn)定性[9]。黃子超通過RNGκ-ε湍流模型及多控制機制分布反應燃燒模型數(shù)值模擬研究初始溫度對瓦斯爆炸壓力、火焰溫度及氣體組分變化等特性參數(shù)的影響[10]，其結(jié)果顯示初始溫度的增加，罐內(nèi)氣流燃爆反應速率及峰值溫度明顯增加，而爆炸峰值壓力卻隨之降低。Jiang數(shù)值模擬研究100 m長的半封閉水平直管內(nèi)CH4/Air預混氣體燃爆特性受不同初始溫度及初始壓力的影響[11,12]，模擬結(jié)果顯示初始溫度和壓力的不同對燃爆反應過程中爆炸峰值溫度、峰值壓力和峰值壓力上升速率等參數(shù)均存在明顯的差異。

綜上所述，目前對預混氣體燃爆特性雖有研究，但多集中于水平直管或密閉燃燒室內(nèi)，對常見的直角彎管內(nèi)預混氣體燃爆特性研究相對較少，且以H2/Air預混氣體為研究對象也是寥寥無幾，對其燃爆特征參數(shù)動態(tài)分布及演變過程更是所知甚少，以及初始條件對其差異性影響也未可知。基于此，利用流體動力學軟件Fluent，結(jié)合k-ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃燒模型，數(shù)值模擬研究水平直管和直角彎管內(nèi)H2/Air預混火焰演變及傳播過程，并對比分析不同初始溫度和壓力對兩種管內(nèi)H2/Air預混氣體燃爆特征參數(shù)的影響。以模擬結(jié)果探究火焰面演變歷程、峰值溫度、峰值壓力、氣流峰值速度以及流場內(nèi)的能量和渦量等燃爆參數(shù)的動態(tài)變化規(guī)律。

1 數(shù)值模型及初始條件

1.1 控制方程

質(zhì)量守恒方程

(1)

動量守恒方程

(2)

能量守恒方程

(3)

1.2 幾何模型

如圖1所示，建立的水平直管和直角彎管的幾何模型。其中，水平直管長1.0 m，內(nèi)徑100 mm，距左端壁面50 mm處設(shè)置半徑為35 mm的點火域。直角彎管的水平段和豎直段管長分別為700 mm和300 mm，與之相連的直角彎管外半徑為150 mm，同樣位置設(shè)置點火域，采用1500 K的高溫進行瞬時點火。此外，為便于捕捉燃爆過程中各項參數(shù)，分別在水平直管和直角彎管內(nèi)設(shè)置3個和8個數(shù)據(jù)監(jiān)測點?；贔luent有限體積法求解原理，采用2 mm均勻結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對管內(nèi)流體域進行網(wǎng)格劃分?？紤]H2/Air預混氣體初始為靜止狀態(tài)，燃爆過程存在層流向湍流演變過程，為獲得精確真實的模擬結(jié)果，將迭代求解的時間步長設(shè)置為0.1 ms，一次迭代求解步數(shù)為50步。此外，為提高迭代求解過程中的收斂速度和收斂質(zhì)量，先采用冷流場進行50步的迭代求解，以獲取穩(wěn)定的預混氣體初始值，再激活化學反應及能量方程進行點火后的預混氣體燃爆計算。同時根據(jù)殘差曲線來確定收斂準則，再通過調(diào)整松弛因子來控制收斂速度。

1.3 湍流及燃燒模型

密閉管道內(nèi)預混氣體燃爆過程是伴有復雜化學反應的非線性湍流燃燒過程[13]。標準的k-ε湍流模型是將湍流動能k和湍流耗散能ε作為基本未知量的二方程模型，能精準有效的計算帶化學反應燃爆過程，尤其適合于完全湍流過程的數(shù)值模擬[14]。標準湍流模型相關(guān)的運輸方程如下

(4)

(5)

式中：x和t分別為空間坐標系統(tǒng)和時間軸；ui為速度在i方向的分量；σk和σε為普朗特數(shù)所對應的湍流動能和湍流耗散率；C1和C2為常數(shù)；μeff為有效粘度系數(shù)，μeff=μ+CDρk2/ε,CD為經(jīng)驗常數(shù)。

層流有限速率/渦耗散(EBU-Arrhenius)燃燒模型能同時考慮湍流效應和化學反應動力學效應，能同時計算渦耗散反應速率和Arrhenius反應速率，對密閉管道內(nèi)預混氣體燃爆過程及預混火焰?zhèn)鞑ミ^程具有較好的數(shù)值模擬效果。預混氣體的速度計算公式如下

Rfu=-min(|Rfu·A|,|Rfu·T|)

(6)

(7)

(8)

式中：B為前導因子；E為活化能；R為普氏氣體常數(shù)；Rfu·A為燃燒速率；CEBU為經(jīng)驗常數(shù)，通常為0.34～0.4；Y1、Y2、Y3分別為燃料、氧氣和燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量分數(shù)。

1.4 初始條件及邊界條件

考慮管壁與外界環(huán)境存在的熱傳導和輻射效應將造成管內(nèi)能量的損失，遂采用光滑、無滑移的固定壁面。由于標準的k-ε湍流模型對完全湍流過程具有較高的模擬精度，但卻無法對壁面低雷諾數(shù)流場進行求解計算。并且壁面邊界層附近流場受到粘性阻力和剪切流動的影響，為此采用標準的壁面函數(shù)來修正壁面附近的流動方程?；谡辉囼炘O(shè)計原理對兩種管道內(nèi)預混氣體初始條件進行設(shè)置，具體情況如表1所示。

2 結(jié)果分析討論

2.1 火焰演變及傳播過程

在常規(guī)初始溫度為300 K和初始壓力為1.0 Atm的工況下，兩種密閉管內(nèi)H2/Air預混氣體不同時刻的燃燒火焰面演變及傳播過程如圖2和圖3所示。其中，由圖2可發(fā)現(xiàn)，水平直管內(nèi)整個燃爆過程預混火焰前鋒面演變過程包括：球形火焰、橢圓形火焰、平面火焰、褶皺的“V”形火焰和光滑的“V”形火焰。當距左端壁面50 mm處的點火域點火引燃時，預混H2/Air燃燒火焰呈球形向外膨脹擴展，此時化學反應速率和組分輸運速率對層流燃燒速率的影響較為明顯，以層流燃燒為主的火焰前鋒面逐漸被拉升形成橢圓形火焰，并且燃料區(qū)與燃燒區(qū)也逐漸被火焰鋒面前導稀松波隔開。隨著火焰前鋒面的進一步擴展，由于受到上下壁面的約束和反射作用，形成了局部湍流效應和渦團運動，在剪切流的作用下加速該處火焰鋒面的傳播，追趕中軸線凸型火焰鋒面，大約在70 ms時刻基本完成了橢圓形火焰的鋒面向平面火焰鋒面的演變。隨著壁面處較快速的火焰鋒面繼續(xù)追趕，上下兩側(cè)火焰則繼續(xù)被拉伸，使預混燃燒火焰由原來的向燃料區(qū)凸型火焰演變?yōu)閮?nèi)凹形火焰，即形成所謂的“V”形火焰鋒面。初始光滑的“V”形火焰鋒面在受到上下湍流渦旋運動表現(xiàn)為褶皺的曲面，隨著進一步傳播受到右端壁面反射的反向稀松波的沖擊，減緩了上下壁面的渦運動而使火焰鋒面逐漸變?yōu)楣饣巾?。由此可知，在水平直管道?nèi)預混火焰的演化及傳播過程與早期Clanet和Searby所提出的“四階段”火焰演變特征基本一致[15]，且皺褶的V型火焰鋒面也類似于Sun所提出的“三重郁金香”火焰鋒面[16]。

表1 點火前密閉管道內(nèi)H2/Air預混氣體初始條件Table 1 The initial conditions of premixed H2-Air in closed tubes before ignition

由圖3所示，基于水平管道預混火焰演變傳播特性，H2/Air預混火焰在直角彎管左端水平直管段的演化傳播過程類似于水平直管道，但在形成對稱的“V”形火焰鋒面后因受到直角彎管的壁面約束及誘導作用而發(fā)生畸變，附加的湍流作用使“V”形湍流火焰的對稱結(jié)構(gòu)遭到破壞。在上彎壁面的阻擋反射壓縮波的作用下加劇了湍流漩渦運動，從而加快了火焰前鋒面的傳播速度；而下彎壁面因管截面的突擴產(chǎn)生的稀松誘導作用增加了預混火焰面厚度及湍流強度，如此使得原本對稱的“V”形火焰鋒面逐漸演變?yōu)樯匣鹕嚅L，下火舌短的非對稱火焰鋒面結(jié)構(gòu)。

2.2 燃爆過程溫度場分析

2.2.1 管道形式的影響

根據(jù)圖1中兩種管道內(nèi)所布設(shè)的數(shù)據(jù)監(jiān)測點，對H2/Air預混氣體燃爆過程的溫度場動態(tài)分布差異進行對比分析，具體如圖4(a)所示。隨著預混火焰向右傳播，兩種管道內(nèi)各監(jiān)測點(1-1至1-3和2-1至2-3)處氣流溫度均先后依次開始上升，當火焰面接近右端壁面時，除左端壁面區(qū)域受點火高溫的影響而表現(xiàn)較高峰值溫度，其他區(qū)域的氣流峰值溫度幾乎相等。對比分析發(fā)現(xiàn)，水平直管內(nèi)H2/Air預混氣體前期燃燒速度及溫升速率較快，但在直角彎管內(nèi)預混火焰?zhèn)鞑ズ笃谕ㄟ^彎管段后，受直角彎管結(jié)構(gòu)的影響使得管下端2-3處的溫升時刻要早于水平直管右端1-3處，但其溫升速率相對較緩慢。為此，對直角彎管結(jié)構(gòu)對預混火焰?zhèn)鞑サ挠绊戇M行詳細分析，如圖4(b)所示。受彎曲壁面的阻擋反射作用和稀松誘導作用使得彎曲管段徑向同一截面處溫度分布不均勻，呈現(xiàn)出內(nèi)側(cè)彎曲壁面(3-4)的氣流溫度比外側(cè)壁面(3-5)上升時刻早，且均早于中間位置(3-2)，但最終外彎曲壁面峰值溫度稍高于內(nèi)側(cè)彎曲壁面，如此形成了圖3中上火舌長、下火舌短非對稱的“V”形火焰前鋒面。由此說明，H2/Air預混火焰沿兩種管道軸向傳播均呈現(xiàn)峰值溫度依次開始上升的規(guī)律，且最終峰值溫度基本一致，而直角彎管結(jié)構(gòu)的改變產(chǎn)生了各種約束、反射對流和誘導作用使得靠近小曲率彎曲壁面附近火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快，氣流溫升時刻較早，而管道中軸線處溫升時刻較晚，從而在直角彎管中形成不對稱的“V”形火焰面。

2.2.2 初始溫度的影響

初始溫度的不同將直接改變H2/Air預混氣體分子的活化能，使得初始階段所發(fā)生的燃爆反應程度存在明顯差異。由圖5(a)可知，在點火引爆前期，水平直管內(nèi)H2/Air預混氣體初始溫度越高，氣體分子吸收能量轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨肿硬l(fā)生燃燒反應越劇烈，燃燒放熱使管內(nèi)峰值溫度越高；而在120 ms以后，由于此時湍流火焰已形成，火焰前鋒附近的漩渦運動使管中軸線處出現(xiàn)逆流現(xiàn)象，抑制了燃燒反應及火焰面向前傳播，且初始溫度越高產(chǎn)生的湍流效應越強，抑制現(xiàn)象越明顯，峰值溫度上升速度越緩慢。圖5(b)中直角彎管內(nèi)不同初始溫度下的H2/Air預混氣體最高溫度變化趨勢與水平直管相似，但上升速率相對較為平緩。由此說明，初始溫度的不同使得兩種管道內(nèi)H2/Air預混氣體在燃爆過程中，均表現(xiàn)出初始溫度越高，反應初期的峰值溫度越高，而反應后期的峰值溫度卻越低。而直角彎管結(jié)構(gòu)改變了預混火焰?zhèn)鞑シ较颍沟梅逯禍囟壬仙俣容^緩。

2.2.3 初始壓力的影響

由圖6所示，在三種初始壓力(1.0 Atm、1.5 Atm和2.0 Atm)作用下，兩種管道內(nèi)H2/Air預混氣體燃爆過程中管內(nèi)峰值溫度所呈現(xiàn)出的變化趨勢基本一致，由此可判斷初始壓力對管內(nèi)峰值溫度的影響并不明顯。然而，水平直管內(nèi)最高溫度上升曲線出現(xiàn)過兩次明顯的轉(zhuǎn)折和三種上升斜率，且上升斜率依次減??；而直角彎管內(nèi)峰值溫度曲線上升速度相對平緩，上升速率逐漸減少。

2.3 燃爆過程壓力場分析

受管道尺寸效應的影響，管內(nèi)不同位置處的H2/Air預混氣體燃爆過程的峰值壓力相差并不明顯，但因初始溫度和初始壓力的不同，兩種管道內(nèi)的峰值壓力則表現(xiàn)出明顯差異。由圖7和圖8可發(fā)現(xiàn)，兩種密閉管內(nèi)的峰值壓力均隨燃爆反應的進行而逐漸升高，但預混氣體初始溫度越高，峰值壓力上升速率越慢，最終管內(nèi)的峰值壓力值越小；而預混氣體初始壓力越高，管內(nèi)峰值壓力上升速度越快，最終峰值壓力值也越大。由此說明，預混氣體初始壓力對管內(nèi)峰值壓力呈正相關(guān)影響，即促進作用；而初始溫度對密閉管內(nèi)峰值壓力呈現(xiàn)負相關(guān)影響，即抑制作用。

2.4 燃爆過程流體域分析

兩種密閉管內(nèi)H2/Air預混氣體燃爆過程中各觀測點的氣流速度時程曲線，如圖9所示。由此可知，點火后隨著預混火焰向右傳播，燃燒放熱促使氣流向右流動，兩種管道中軸線上各觀測點的氣流流速由左向右先后依次出現(xiàn)單峰值，但中間觀測點涉及到預混火焰層流燃燒和層流向湍流燃燒的演變，在前導稀松波誘導作用和湍流渦團運動作用下反復震蕩后出現(xiàn)向右的高峰值流速。隨著湍流渦運動的不斷增強，形成“V”形火焰前鋒面后，管中軸線處氣流出現(xiàn)逆流現(xiàn)象，使得中間測點的峰值流速迅速衰減。隨著預混火焰繼續(xù)向右傳播，受右端壁面阻擋及反射沖擊波的壓縮作用，中監(jiān)測點出現(xiàn)向左的反向峰值流速，并隨著燃燒火焰的熄滅和反向沖擊波的弱化及消散而逐漸衰減。然而，對比分析發(fā)現(xiàn)，直角彎管結(jié)構(gòu)的影響使得中間測點(2-2)向右的峰值流速衰弱了19.49%，且向右流速衰減后并出現(xiàn)向左的反向流速的時刻也延遲了38.5 ms，但向左的反向峰值流速卻增加了39.37%。為此，進一步分析直角彎管段的流場情況，由圖9(b)所示。彎曲管段中軸線上各觀測點(3-1至3-3)的峰值流速時程曲線的變化趨勢隨預混火焰的傳播趨于相同，但同截面內(nèi)側(cè)彎曲壁面(3-4)處的峰值流速要比外側(cè)彎曲壁面(3-5)處的峰值流速明顯要高，氣流波動時刻也相對較早，且均明顯高于中軸線(3-2)處峰值流速。由此說明，直角管道結(jié)構(gòu)能明顯改變H2/Air預混氣體燃爆過程的氣流流速，順應氣流導向方向的彎曲壁面附近的氣流流速相對較大，而垂直于氣流流向的壁面附近氣流速度較小。彎曲壁面的存在改變了燃爆過程中各應力波的傳播及反射方向，增加了湍流渦運動強度，從而加快預混氣體燃燒反應強度和氣流速度。

不同初始溫度和初始壓力對兩種管道H2/Air預混氣體燃爆過程的氣流峰值速度的影響的對比分析如圖10和圖11所示。不同初始溫度使管內(nèi)氣流峰值速度的波動趨勢基本一致，均在100 ms前出現(xiàn)單峰值后逐漸開始波動衰減，但初始溫度越高，管內(nèi)峰值流速越小，峰值速度突變時刻也相對較晚。然而，初始壓力的不同對管內(nèi)氣流峰值速度的影響并不明顯。

2.5 燃爆過程流體域能量及渦量分析

預混氣體的燃爆過程伴隨著復雜的能量釋放、傳播和轉(zhuǎn)化過程。由氣體分子動理可知，氣體分子在永不停息地做無規(guī)則的熱運動，因此密閉管內(nèi)預混氣體動能的大小宏觀上反應在氣流流速上。由圖12可知，預混氣體燃爆過程中動能的變化趨勢及特性與氣流流速的變化趨勢相同，只是中間測點(1-2和2-2)的峰值動能及波動時刻存在差異，EK1-2>EK2-2且TK1-2>TK2-2，說明直角彎管結(jié)構(gòu)削弱了中間測點的動能，延長了峰值動能的衰減時間，但在接觸壁面出現(xiàn)反向流時增加二次峰值動能，且直角彎管結(jié)構(gòu)明顯增加小曲率內(nèi)側(cè)彎管壁面處的動能。分子無規(guī)則熱運動的動能和分子間相互作用的勢能統(tǒng)稱為分子內(nèi)能，而氣體溫度越高，分子間的熱運動越劇烈，因此在固定體積的密閉管道內(nèi)，氣體分子內(nèi)能的大小宏觀表現(xiàn)在氣體溫度的高低。由圖13可知，預混氣體內(nèi)能的變化趨勢與管內(nèi)氣體溫度變化趨勢基本相同。在空氣動力學原理中，又常用渦旋來描述流體湍流運動特征，渦團的產(chǎn)生、運動、轉(zhuǎn)移和消散均伴隨著復雜的流體動力學運動。由圖14可知，預混氣流的渦團是隨著預混火焰自左向右傳播而產(chǎn)生、增強及震蕩的，燃爆反應及預混火焰的傳播是密閉直管內(nèi)渦團產(chǎn)生及運動的根本。而直角管結(jié)構(gòu)增強了氣體分子的渦運動，且下彎曲壁面處的渦量要明顯高于上彎曲壁面及中軸線流域，由此說明該階段彎曲壁面結(jié)構(gòu)是加強氣流漩渦運動的決定性因素，其根本原因是由于上壁面阻礙作用和反射波壓縮作用，以及下壁面截面突擴誘導作用和稀松波拉伸作用，促使H2/Air預混火焰前鋒面的渦流發(fā)生擾動和曲折，從而明顯增加火焰表面積，提高燃燒反應強度。

3 結(jié)論

通過流體動力學軟件Fluent，對兩種輸氣管段內(nèi)H2/Air預混氣體燃爆過程中預混火焰的傳播及演變過程，以及不同初始條件下各管內(nèi)預混氣體燃爆特征參數(shù)的變化規(guī)律進行了數(shù)值模擬研究，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果得出以下結(jié)論：

(1)水平直管內(nèi)H2/Air預混氣體燃爆過程經(jīng)歷了球形火焰、橢圓形火焰、平面火焰、褶皺的“V”型火焰和光滑的“V”型火焰的演變過程。直角彎管結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的阻擋反射、擴張誘導以及壁面間各應力波多次反射和疊加作用的影響，致使原本對稱結(jié)構(gòu)的“V”形火焰鋒面擾動演變?yōu)樯匣鹕嚅L、下火舌短的非對稱結(jié)構(gòu)的“V”形火焰。并在燃爆過程管內(nèi)溫度場分析中，通過管道結(jié)構(gòu)的改變所產(chǎn)生的各種約束、反射對流和誘導作用很好的解釋了直角彎管內(nèi)特征的非對稱結(jié)構(gòu)V型火焰鋒面。

(2)初始溫度和初始壓力對密閉管內(nèi)預混氣體燃爆特征參數(shù)的影響表現(xiàn)為：點火前的初始溫度越高，燃爆反應初期的峰值溫度越高，但反應后期的溫度卻越低；初始溫度對管內(nèi)峰值壓力及氣流峰值流速的影響卻呈現(xiàn)負相關(guān)性，即初始溫度越高，管內(nèi)峰值壓力和氣流的峰值速度卻越小，壓力及速度的轉(zhuǎn)變時刻相對較晚。然而，點火前的初始壓力越高，管內(nèi)峰值壓力也越高，即初始壓力對管內(nèi)峰值壓力的影響呈現(xiàn)正相關(guān)性。但初始壓力的改變對管內(nèi)峰值溫度和氣流流速的影響不明顯。

(3)H2/Air預混氣體動能和內(nèi)能的變化趨勢分別同流場內(nèi)流速及溫度的變化趨勢相同，而以渦量時程曲線描述兩種管內(nèi)湍流渦運動的產(chǎn)生、運動、轉(zhuǎn)移及消散的動態(tài)演變過程，發(fā)現(xiàn)燃燒反應和預混火焰的傳播是水平直管內(nèi)湍流渦運動的根本，而直角彎管結(jié)構(gòu)的上彎壁面的阻擋反射和下彎壁面的突擴誘導作用對火焰鋒面的擾動和曲折拉伸效應是其加強湍流渦團運動的根本，如此改變了湍流渦團運動和各應力波的傳播和反射方向，使順應氣流導向方向的彎曲壁面附近氣流流速較大，而垂直于氣流流向的壁面附近氣流流速相對較小。