一种基于质心距脉动特征的火焰轮廓识别算法

火灾视觉特征的提取是火灾图像探测的关键问题。提出了一种描述火灾火焰轮廓脉动信息的火焰图像质心距脉动模型，即先用质心距来描述火焰的轮廓信息，再利用傅立叶描述子描述火焰轮廓变化的时空信息，采用距离来度量相邻两帧图像轮廓的变化幅度。实验结果表明，对于火灾火焰视频图像而言，其相邻两帧之间的脉动幅度、变化频率要明显高于受控燃烧、光源干扰等非火灾情况，可有效应用于火灾火焰的识别。研究表明，该方法能有效地探测火灾的发生，降低系统的误报率。     

航空煤油池火脉动频率试验研究

为比较液体燃料池火与前人研究的气体燃料扩散火焰脉动频率的差异,对圆形航空煤油池火的脉动规律进行了试验研究。使用的油盘直径分别为0.1 m、0.15 m、0.2 m、0.3 m、0.4 m和0.5 m 6种。使用电子天平实时记录油盘内燃料质量的变化,作为对油池火是否进入准稳定状态的判断依据。之后应用自编的基于亮度阈值法的Matlab程序,首先对CCD摄像机所记录的准稳定状态下连续火焰图像序列中每一张图像的每一个像素点是否为火焰区域进行判断,完成火焰图像的二值化处理;再由火焰图像二值图计算瞬时火焰高度;最后对火焰高度随时间的变化结果进行快速傅立叶变换(FFT),获得火焰脉动的频域分布。在利用无量纲特征数Strouhal数St和Richardson数Ri分析火焰脉动频率与不同影响因素之间定量关系的基础上,应用试验数据,对油池火焰脉动频率预测方程进行了最佳拟合,得到了油池火脉动频率与油盘直径的经验关系式。对相同尺度的池火而言,依据此关系式计算所得的火焰脉动频率略小于前人以气体为燃料进行研究所得到的结果,且二者之间的差异随油池尺度增加而逐渐缩小。结合火焰形状动态演化的周期性特征对此现象进行了定性分析。因为油盘中的液体燃料接收火焰辐射传热需要一定的时间,导致燃料蒸发延迟,而使火焰脉动频率略有下降。     

正方形煤油池火燃烧特性研究

实验研究了无风条件下正方形煤油池火的燃烧特性，包括燃烧速率、火焰高度和火焰脉动频率等。正方形油池边长分别为0．2m，0．4m，0．6m，0．8m，油池壁面高度均为0．13m。利用图像处理技术分析了油池火火焰高度，并在此基础上建立了获取火焰脉动频率的两种方法。研究发现，油池壁面高度的存在使油池火的燃烧速率低于理论值；燃烧速率实验值与油池特征尺寸（d／L）呈单调递减关系；较小尺度油池的平均火焰高度与理论预测值比较接近，但较大尺度油池的平均火焰高度明显低于理论预测值；油池壁面的存在使油池火脉动频率低于理论值；随特征尺度（d／L）的增加火焰的脉动频率范围加大，脉动不稳定加剧。     

细水雾抑制熄灭木材火焰的小尺度实验研究及简化模型

细水雾灭火技术以其环保性好、灭火迅速、耗水量低、破坏性小以及适用面宽等特点 ,已成为国际火灾领域关注研究的热点。以此为工程背景 ,开展了细水雾抑制熄灭木材火焰的小尺度模拟实验研究。利用热电偶测温系统、数码摄像机等仪器测量了细水雾作用前后燃烧场的变化特征。结果表明 :预燃时间、喷雾气压、细水雾作用时间等参数对灭火过程有显著影响。细水雾抑制熄灭木材火焰的主要机理是燃料表面冷却效应。从传热的角度建立的木材表面冷却模型与实验结果吻合较好     

火旋风的模拟实验研究

模拟火旋风的实验研究，应用热成像方法获得了火旋风温度场的结构，测量得到火旋风火焰特有的大高度直径比的物理现象；火焰高度比相同燃料，油液面积的油池火高度高，趱戏比油池火直径小。火旋风的切向速度比油池火大，卷吸效果好，可用这一特点来研究熄灭火旋风的火灾。对火旋风火灾机理的研究提出了一种有效的实验方法。     

油池边沿高度对池火燃烧特性影响的实验研究

研究了油池边沿高度(h)对池火燃烧特性的影响,开展了内径(d)为10 cm的不同h和不同油盘材料(石英、不锈钢、铝和铜)的正庚烷池火实验。结果表明,正庚烷池火的燃烧速率、火焰高度和脉动频率均随着边沿高度的增大而减小,且随着油盘材料的热导率增大,边沿高度的影响逐渐减弱。基于量纲分析分别修正了火焰高度和脉动频率模型,结果能够较好地符合实验值。     

浸油沙层火焰传播速度研究

使用0#柴油和沙层作为燃料和地面模型,通过实验研究了泄漏液体燃料渗透在地面之后的火焰传播现象.详细研究了燃料床中沙粒直径、燃烧盘宽度及一端施加辐射热对火焰传播速度的影响,并使用热电偶测量了沙层表面火焰前沿到达时的温度以及沙层表面能够达到的最高温度.结果表明,燃料渗漏在地面的火焰传播速度明显低于液池火灾的火焰传播速度,且改变沙油质量比、燃烧盘的宽度及外界热辐射直接影响火焰传播速度.     

变坡度条件下正丁醇定常流淌火非稳态燃烧行为研究*

为探究流淌火在变坡度地面的蔓延特性，丰富火灾研究理论，推进流淌火预防和风险评估的发展，采用1套自制矩形小尺度油槽系统，研究正丁醇变坡度、变泄漏速率情况下溢油定常流淌火的蔓延特性。结果表明:当泄漏速率相同时，坡度越大，正丁醇的加速过程越明显，当坡度从1°上升到4°，正丁醇扩散速率增大了40.8%；不同坡度下，正丁醇的平均火焰高度随泄漏速率的变化均呈现“上升-下降-稳定”趋势；流淌火蔓延过程中脉动方式分为2种:“跳跃-爬行”和“跳跃-爬行-回缩”；当泄漏速率较小时，流淌火蔓延过程中的脉动频率随油槽坡度的增大而增大，当泄漏速率较大时，脉动频率不再随油槽坡度的改变而发生明显趋势变化。     

室内火灾中外部燃烧现象的数值模拟

外部燃烧是室内火灾中火焰随烟气流出窗户并在窗户外燃烧的现象。外部燃烧会造成火势从初始着火的房间向其他房间或楼层蔓延，具有很大的危害性。本文应用美国国家标准技术局（NIST）开发的FDS程序，对外部燃烧现象进行了研究。首先对Bullen和Thomas的实验进行数值模拟，用以验证FDS对外部燃烧现象的模拟效果。在相近的燃料过量因子的条件下，计算得到的外部燃烧羽流的温度分布结果、外部燃烧火焰的高度和火焰距离窗户所在壁面的水平距离与Bullen和Thomas的实验结果符合得较好。之后，研究了不同窗户大小和不同燃料消耗率对外部燃烧的影响。最后，发现当燃料消耗率足够大致使室内燃料过量因子接近1时，室内火焰将会熄灭，燃料流出窗户形成的外部燃烧火焰会被拉长，火焰肾贴窗户外的壁面向上燃烧。     

横向风对浮力扩散火焰的振荡影响研究

火焰振荡频率是火灾科学研究领域的一个重要基本参数,对横向风下火焰振荡频率的研究可以为火灾图像探测的参数设置提供理论依据。针对浮力扩散火焰(0.6×10~(-5)弗洛德数Fr2×10~(-2),10~2理查德森数Ri10~5),本研究将横向风条件下火焰结构假设为倾斜的柱状,通过对燃烧产生的浮力和横向风产生的拖曳力进行动力学分析,得出横向风条件下火焰振荡频率表达公式。结合实验结果得出,火焰振荡频率的理论值和实验值均随拖曳系数的增大(即外界风速的增加)而增大,但实验值的上升趋势较理论值平缓.这是因为公式忽略了风速对火焰温度和系数K的影响。     

高原乙醇油池火燃烧特性实验研究*

为研究低压条件下油品燃烧特性,以乙醇油池火为研究对象,搭建高原油池火实验平台,研究不同油盘直径下乙醇油池火燃烧规律,分析燃烧速率、火焰高度和火焰脉动等参数随时间的变化规律。研究结果表明:低压条件下的乙醇油池火,燃烧速率小于同等尺度常压条件下的油池火燃烧速率;乙醇油池火的燃烧速率随油盘直径增加变化不明显;火焰高度随油池直径增加呈现显著上升趋势,并拟合推导出适用于低压乙醇池火的火焰高度公式;火焰脉动频率随油池直径增大而减小,并给出火焰脉动与油池直径的经验公式。研究结果可丰富低压乙醇燃烧的油池火实验数据,为低压乙醇油池火的风险评估提供参考。     

CO2和ABC干粉灭火剂扑灭火旋风火焰实验对比分析

为了分析2种灭火剂扑灭火旋风效果，采用实验室自制装置生成稳定的火旋风火焰，喷射CO₂或ABC干粉灭火剂，获取火焰温度场及光电信号数据。研究结果表明:在CO₂灭火剂或ABC干粉灭火剂作用下火旋风火焰温度场呈“下凹”型指数衰减；受灭火剂喷射位置影响，火焰根部、中部及顶端不同区域的灭火剂影响系数不同；基于火焰降温速率和光信号变化，相较于CO₂灭火剂，对火焰起抑制作用的ABC干粉灭火剂降温效率更高、扑灭效果更好。     

装置进气口宽度对不同尺寸油盘火旋风燃烧特性影响的研究

为探究进气口宽度对火旋风燃烧特性的影响，利用自然驱动的四面边墙夹缝式装置对不同进气口宽度使用１５０，２００，２５０ mm 3种直径进行实验研究。由燃料质量随时间变化曲线得出准稳态阶段火旋风的质量燃烧速率；利用摄像机记录火焰的连续图像并获得火焰高度。结果表明:针对实验室小型火旋风（150~250 mm），在进气口宽度为35 mm左右时，火旋风的燃烧速率最大，即火旋风的燃烧强度存在1个最佳的进气口宽度；当火焰高度达到最高时，环量也存在1个临界值。     

隧道混合燃料火灾燃烧蔓延特性实验研究

隧道火灾一直是火灾科学研究领域的重要问题之一。近年来,隧道火灾中由于燃油泄漏而引起的火蔓延现象是一个新兴的研究热点。利用小尺寸(1:10)的隧道火灾模拟实验平台,开展了薄油、窄油池机制下不同混合比例下正丁醇-柴油燃烧特性实验研究。结果表明,根据正丁醇比例,可将正丁醇-柴油混合燃料分为两类。当正丁醇比例不大于20%时,主火焰蔓延速度线性增大,闪燃火焰则由间断变为持续存在且波长由14.17 cm减小到8.42 cm;油面温升速率逐渐增大;当正丁醇比例大于20%时,主火焰蔓延速度接近正丁醇蔓延速度(3.33 cm/s),闪燃火焰持续存在且波长在8.3 cm左右;油面温升速率基本相同。研究结果为认识隧道混合燃料火灾燃烧特性提供了参考。     

基于文献计量法的火灾灾害研究现状及展望*

为了解火灾灾害研究领域的发展现状及未来趋势,基于多种可视化工具,对2014—2020年期间,火灾灾害领域内的发文态势、学术合作、学术热点、研究趋势等内容展开分析。研究结果表明:该时期内,火灾领域发文量呈持续上升趋势;我国科研活力及持续发展性均处于世界前沿地位,中国科学技术大学是全球发文量和合作活跃度较高的机构;载发文量排名前5的期刊研究方向和出刊数量整体呈现出一定差异性和波动性;研究热点涵盖基于无人飞行器的森林火灾（野火）侦测调查、基于火灾现场整体模型搭建的计算机模拟火灾事故技术与研究、火灾下建筑物构件的耐火及倒塌行为研究、池火燃烧特性试验及现象调查、火灾碎片实验与分析方法,研究内容总体呈现具体化、精细化;目前火灾领域研究的前沿方向为热释放速率研究、基于数值模拟的火灾事故研究、对点火器（源）的调查研究、基于数值模拟的火灾事故调查等;根据分析推测该领域未来的科研活跃度将继续上升。研究结果可为火灾灾害领域内相关学者把握学科现状,研讨未来发展提供参考依据。     

燃油流量对防火试验火焰特征的影响

为了研究燃油流量对防火试验火焰特征的影响,为防火试验方案的设计提供参考和指导,采用Ansys Fluent软件对NexGen燃烧器进行三维定常数值模拟,分析了不同燃油流量条件下的火焰特征。结果表明:燃油流量对火焰最高温度和火焰形状几乎没有影响,但对火焰长度、监测面上温度分布、7个测量点的平均温度和热流密度有很大影响,通过分析各燃油流量条件下的火焰特征,发现当空气流量为35.8 g/s时,燃油流量在2.0~2.11 g/s——即余气系数为1.15~1.22时,能够用于防火试验。     

基于燃烧相互作用的PMMA相向火蔓延特性实验研究*

为探究耦合燃烧作用对固体可燃物火蔓延的影响,开展基于燃烧相互作用的聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate,PMMA）相向火蔓延特性实验研究。通过对不同宽度PMMA板进行相向火蔓延实验,获取火焰图像、温度场、质量损失速率等燃烧特性参数,分析相向火蔓延的过程特点与燃烧机理。研究结果表明:相向火蔓延过程中存在4个典型阶段,即快速发展阶段、相对稳定阶段、相互作用阶段、融合燃尽阶段;PMMA板宽度对相向火蔓延燃烧特性的影响较为显著,体现在热解区长度、相对稳定状态维持时间、质量损失速率等参数变化上。研究结果可为建筑物保温材料的火灾预防抑制提供参考。