《火灾动力学演化与防治基础》项目关键科学问题研究内容

1、可燃物动力学系统成灾机理研究典型可燃物确定性动力学系统解的结构、稳定性变化和突变机理 ,获得对控制火灾的热传导、热对流、热辐射、可燃物热解、质量输运和着火过程足够精确的描述 ,认识火灾可燃物的热解、着火以及阴燃向明火转化过程的微观机理。具体研究内容包括 : 不同热流条件下可燃物的热解动力学模型 ; 综合物理输运过程和化学动力学过程的着火模型 ; 阴燃及其向明火转化的机理。2、森林草原火灾的辨识与预测理论综合运用卫星遥感技术、ＧＩＳ技术、图形图像学、元胞自动机模型和分形学等 ,探索森林草原可燃物运态变化和厄尔…     

外界热辐射作用下木材热解和着火的预测模型

在突发的火灾过程中，可燃性固体材料的着火时间和热解特性是非常关键的参数。建立了预测木材在外界热辐射作用下热解和着火时间的数值模型，可以给出固体的质量损失速率、内部温度场随时间的变化，并根据模型计算得到的表面温度随时间的变化对着火时间进行预测。计算结果和实验测量值相符较好。     

异戊醇低压热解的同步辐射真空紫外光电离质谱研究

作为新兴生物燃料,大分子醇类燃料在低压下的火灾安全基础迫切需要得到深入研究。热解过程作为火灾过程的初始阶段直接控制着火过程,火灾中碳烟颗粒的产生也依赖于热解反应,因此可燃物的低压热解研究在其低压火灾基础研究中具有重要意义。利用同步辐射真空紫外光电离质谱方法研究了异戊醇在0.2atm下的流动反应器热解,探测到了20余种热解产物,包括烯丙基自由基和C_4H_8O、C_5H_8、C_6H_6等同分异构体,并测量了其摩尔分数。基于实验结果,对燃料分解路径和主要产物的生成及消耗路径进行了探讨。与本组之前正戊醇热解实验的对比表明,由于存在支链结构,异戊醇在热解中比正戊醇更容易产生戊烯、丁烯和丙烯,但更少地产生乙烯。此外,异戊醇在热解中能够生成更多的丙炔和丙二烯等环状化合物前驱体,令其苯和1,3-环戊二烯的生成量更高,表明异戊醇比正戊醇更易于生成多环芳烃和碳烟。     

考虑数据去噪分解的滑坡位移组合预测研究

为准确掌握滑坡位移变化规律,基于滑坡变形监测结果统计,对位移数据进行去噪分解处理,将滑坡位移数据分解为趋势项和误差项,并分别利用优化多核极限学习机和Arima模型构建预测模型,以实现滑坡位移的组合预测.结果表明:Morlet复小波较传统去噪模型分解效果更优,且通过优化处理,能更好地提高其分解能力;通过对多核极限学习机的...     

典型建筑和装饰材料的轰燃特性研究

对建筑物中常见的3种可燃物三合板、纸、棉布进行了工业分析实验和轰燃观测实验.工业分析实验表明,这3种可燃物挥发分含量高,水分、灰分含量低.由轰燃观测实验得到了不同温度下3种可燃物的着火和火势蔓延的时间,分析了其对建筑火灾的影响.轰燃观测实验表明,在小于等于300 ℃时,可燃物的挥发分较难析出,故不会引起燃烧,但随着温度的升高,轰燃加快,火势迅速加剧.给出了一种简洁的轰燃判断方法,并对一个有限空间的轰然时间进行了预测.     

边坡变形的LMD-ELM多尺度预测模型研究

为准确预测边坡变形,有效预防边坡灾害发生,提出构建基于局域均值分解(LMD)和极限学习机(ELM)的边坡变形多尺度预测模型。用LMD方法,将边坡变形时间序列分解为多尺度且相对平稳的随机项、周期项和趋势项。针对各项时间序列,分别构建基于ELM的预测模型。经累加各分项预测值,获得模型最终预测结果。以甘肃某边坡变形为案例,进行实证分析。结果表明:LMD-ELM模型能够充分挖掘数据内部隐含的变形规律,有效诠释多尺度变形与其诱发因素间复杂的响应关系,预测精度、运行速度和拟合泛化能力较其他模型有所提高。     

高层建筑防排烟设计初探

随着我国城市建筑高层化、大型化、多功能化的蓬勃发展,在高层建筑中由于火患引起的危害也大大增加.高层建筑功能复杂,着火源和可燃物较多,一旦发生火灾,将使火势迅速蔓延,极易造成较大的损失及伤亡事故.本文初步介绍了高层建筑火灾特点,分析了影响防排烟系统的主要因素,并对高层建筑防排烟方面的问题进行了系统设计.     

可燃固体表面火蔓延行为研究进展与展望

固体可燃物表面火蔓延是森林火灾、建筑火灾以及工业火灾中普遍存在的燃烧现象,是火灾研究的基础问题。对固体可燃物表面火蔓延行为进行分类,评述国内外的固体可燃物表面火蔓延行为研究现状和目前存在的主要问题。总结固体可燃物表面火蔓延试验研究的技术手段,对比分析不同因素对建立固体可燃物表面火蔓延行为理论模型的影响。这些因素包括环境流场、化学反应动力学、热解气体组分和炭化过程等。概要介绍固体可燃物表面火蔓延计算模拟的优势。最后指出固体可燃物火蔓延行为研究的发展趋势,并提出未来若干重点研究方向。     

民航机内非定常燃烧过程的计算机模拟

本文采用数值方法,对民航机内火灾非定常燃烧过程包括其内固体可燃物的受热热解及其挥发份的湍流气相燃烧进行了较为细致的计算,揭示了其火灾非定常燃烧的规律,得到了较好的结果。     

基于RF-ELM模型的边坡稳定性预测研究

为实现对边坡稳定性的有效预测,将极限学习机算法与旋转森林算法相结合,并依据影响边坡稳定性的六项重要因素,建立了边坡稳定性预测的RF-ELM预测模型。该模型是以极限学习机算法为基分类器,以旋转森林算法为框架的集成学习模型,利用UCI数据库中三组数据集验证了该集成模型确实提高了ELM的预测性能。将RF-ELM模型应用于边坡稳定性的预测问题中,结合39组工程实例数据进行预测实验,结果表明该模型具有较高的预测精度,可有效的对边坡稳定性进行预测。     

基于改进极端学习机的混沌时间序列瓦斯涌出量预测

为更准确地预测瓦斯涌出量,预防瓦斯灾害,有必要建立和应用基于改进极端学习机(IELM)的混沌时间序列预测模型。首先,对瓦斯涌出量监测数据构成的多变量时间序列进行相空间重构,采用互信息法与虚假邻点法得到每一变量的延迟时间和最佳嵌入维数;然后,通过最小二乘方法和误差反馈原理计算出最优的网络输入层到隐含层的学习参数,对极端学习机(ELM)进行改进;最后,借助IELM建立瓦斯混沌时间序列的预测模型。通过仿真试验,运用该预测模型预测的最大相对误差为3.290 2%,最小相对误差为0.898 2%,平均相对误差为1.952 8%。     

边坡稳定性自动机器学习预测方法研究*

为了简便有效地评估边坡稳定性状态,针对目前传统机器学习的算法选择与超参数优化等难题,提出1种边坡稳定性自动机器学习预测方法。首先,简要介绍5种主流开源自动机器学习框架;其次,以422组边坡稳定性样本为数据集,进行自动机器学习纯自动化训练,并与传统机器学习对比分析模型的性能与耗时;最后,综合讨论与比较典型自动机器学习框架的特性。研究结果表明:自动机器学习预测效果总体上优于传统机器学习,提升边坡稳定性预测准确率和稳健性,且无需人为干预。研究结果可为岩土工作人员准确可靠地评价边坡稳定性提供便捷条件。     

网络攻击检测中的机器学习方法综述

在详细介绍网络攻击检测机器学习原理的基础上,对现有的各种方法进行了评述,并结合网络攻击检测系统的应用需求,阐述了网络攻击检测系统机器学习技术的发展方向。     

20L近球形容器中甲醇喷雾液滴爆炸特性实验研究*

为了评估易燃液体喷雾的爆炸风险,借助喷雾粒度仪、高速相机以及喷雾爆炸实验系统,围绕2种粒径(表面积平均粒径:2.0 μm±0.5 μm;18.0 μm±0.5 μm)的甲醇喷雾,研究点火位置和延迟时间等因素对甲醇喷雾爆炸特性的影响。结果表明:甲醇喷雾粒径均随环境温度的增加而减小,当甲醇喷雾浓度较大时,环境温度对于甲醇喷雾粒径的影响更为显著;甲醇物料温度的改变对于其粒径的影响很小。随着点火延迟时间的增大,甲醇喷雾爆炸特性参数均呈现先增加后减小的趋势,在τ=120 ms时最大。受限空间内甲醇喷雾采用中心或上部点火方式,当甲醇喷雾浓度为356.4 g/m3(φ=1.8)时,甲醇喷雾爆炸特性参数均取得最大值;与上部位置点火相比,中心位置点火的甲醇喷雾爆炸特性参数值较大。     

基于正交实验的面粉爆炸特性研究

为探究面粉爆炸实验中粉尘质量浓度、点火能量、点火延迟时间对面粉爆炸的影响,采用正交实验法并利用20 L球形爆炸测试装置比较研究了粉尘质量浓度、点火延迟时间以及点火能对面粉爆炸的影响程度。结果表明:对最大爆炸压力影响最为显著的因素是点火延迟时间,对最大爆炸指数影响最为显著的因素是粉尘质量浓度;在实验浓度范围内,存在最佳实验条件。当粉尘质量浓度500 g/m3、点火延迟时间100 ms时,面粉爆炸最剧烈。     

点火延迟时间对粉尘最大爆炸压力测定影响的研究

根据粉尘云形成时颗粒分散及沉降的时间效应,指出目前国际通行的球型爆炸装置采用固定点火延迟时间测定粉尘最大爆炸压力的方法具有不确定性,并以煤粉为介质在20 L标准爆炸球装置上进行系列爆炸实验,研究装置点火延迟时间对粉尘爆炸压力的影响。结果表明:点火延迟时间对粉尘爆炸压力测定有十分显著的影响,不同粒径粉尘的最大爆炸压力有不同点火延迟时间,目前仅以气相湍流度所确定的固定点火延迟时间下,所测粉尘最大爆炸压力可能严重偏离实际。     

飞火和热辐射耦合作用点燃松针的实验研究

飞火颗粒点燃和火焰辐射引燃是森林-城镇交界域火灾两种主要引燃方式。已有很多研究关注单种引燃方式,但缺乏二者耦合作用下的引燃机理研究。实验研究了热颗粒与热辐射耦合作用下松针燃料床的点燃行为,分析了热颗粒尺寸、温度及辐射热通量对点燃特性的影响。实验结果表明:热颗粒和热辐射耦合作用的点燃危险性远远高于热颗粒或者热辐射单独作用下的点燃危险性。耦合作用时,点燃概率随颗粒尺寸、温度和辐射热通量增大而增大,热颗粒临界点燃温度以及临界辐射热通量均随热颗粒尺寸增大而降低;阴燃向明火转变的点燃时间随辐射热通量增大而降低,但与颗粒状态呈现出较为复杂的关系。     

着床后引燃对电弧迸溅熔珠组织特征的影响*

为探究迸溅熔珠着床后的热交换过程对其组织特征的影响,建立基于着床后高温迸溅熔珠的动态测温方法,从而揭示迸溅熔珠着床后引燃与否对其组织特征形成的影响规律。研究结果表明:引燃可燃物的熔珠受火焰热反馈和铜氧化放热的共同作用,着床后其温度出现反复波动,延长迸溅熔珠的冷却凝固时间,组织呈等轴状;无法引燃可燃物的熔珠在可测范围内,短暂升温后降温速率持续上升,组织更易呈现树枝状或胞状。研究结果可为准确认定电气故障电弧迸溅熔珠引发火灾提供技术支持。     

点火延迟时间对甘薯粉尘爆炸的影响研究

为了预防甘薯粉尘爆炸事故的发生,本文研究点火延迟时间对甘薯粉尘爆炸的影响规律,利用20 L球形爆炸仪研究甘薯粉尘的爆炸特性及其在200 g/m3,500 g/m3和800 g/m3质量浓度下通过改变点火延迟时间的爆炸规律。结果表明:粉尘的最佳点火延迟时间与浓度有关,在该点火时间下所测得的最大爆炸压力均高于在固定点火延迟时间下的测量值,60 ms的固定点火延迟时间不适用于甘薯粉尘爆炸测试。     

Influence of different ignition delay times on the pressure rise rate in hybrid mixture explosions in the 20-L sphere

For the development of a standardized method for measuring the explosion safety characteristics of combustible hybrid dust/vapor mixtures, the influence of the ignition delay time needs to be investigated. The ignition delay time, defined as the time between the injection of dust and the activation of the ignition source, is related to the turbulence of the mixture and thus to the pressure rise rate. The ignition source for pure vapors, however, has to be activated in a quiescent atmosphere according to the standards. Nevertheless, when measuring the explosion safety characteristics of hybrid mixtures, it is important that the dust be in suspension around the igniter. Like pure dust/air mixtures, hybrid dust/vapor/air mixtures need to be ignited in a turbulent atmosphere to keep the dust in suspension.This work will therefore investigate the influence of ignition delay times on the severity of hybrid explosions. It was generally found that at shorter ignition delay times, (dp/dt)_ex increased due to higher turbulence and decreases as the dust sinks to the bottom of the 20 L-sphere. This effect is more pronounced for hybrid mixtures with higher vapor content compared to dust content.