一种基于数据融合的林火火线动态蔓延预测方法的研究

准确预测林火蔓延对于有效防治野火危害具有重要意义。传统林火蔓延速度场经验模型需要可燃物特性、坡度、温度及湿度等众多实测参数,由于参数均具有不同的时空分布,限制了模型的实际应用。因此提出速度场实时测量及水平集法模拟林火蔓延两种技术相结合的方法,通过测定火蔓延锋面的位置获取当前时刻锋面处的速度场分布并对此速度场在未燃烧区域进行延拓,结合水平集法预测林火蔓延,并使用数值模拟及实验数据验证了该方法能够有效预测短期内林火蔓延趋势,得出基于速度场的数据融合方法可满足实际林火蔓延建模的需求。     

基于图像的火焰锋面法向速度场测量研究

火焰锋面是火焰的重要组成部分,反映了火焰的燃烧特性。针对传统方法测量火焰锋面速度场分辨率较低的问题,提出来了基于图像法测量火焰锋面法向速度场的方法。使用高速相机拍摄了多帧连续图像,提取火焰锋面,通过最小二乘法拟合锋面的切线,从而计算出每个点的法向速度,并进一步分析了火焰振荡的性质。实验表明该方法能够有效测量双瓦楞纸板产生的火焰在不同时刻的速度场,具有高分辨率、全场测量的特点,为其进一步推广提供了实验基础。     

山地火蔓延过程的三维模拟

本文以林火蔓延的模型为基础，运用OpenGL图形渲染的技术，考虑实时的地形坡度和风向，动态的显示实时火场边界，通过巧妙地将林火蔓延模型转变为计算机中的数据结构，结合粒子系统，在计算机上三维模拟重现了由单个火源引发的林火蔓延过程。这对于林火的辅助应急决策，有效地组织扑救，减少火灾损失，计算火灾引起的损失评估具有重要意义。     

双火源条件下的XPS火蔓延速率研究

为研究挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)双火源火焰迁移规律,在不同间距(0.5cm~8cm)的情况下,进行了竖直和水平方向的系列实验。研究发现:火蔓延速率和质量损失速率均随间距先上升后缓慢下降;在竖直方向实验中,火蔓延速率极值点右偏移于质量损失极值点。基于双火源条件下所得到的热解区传热系数,计算出火蔓延速率,进而分析火蔓延速率计算式中对流项和辐射项,得出火蔓延速率随间距的变化主要受控于传热系数。依据此结论解释了火蔓延速率和质量损失趋势相似但两者极值点偏移不同的原因。     

城市公路隧道火灾近火源区长度的研究

为对近火源区长度进行研究,以城市公路隧道为研究对象,采用理论分析与数值模型相结合的方法,探究了大火源功率、有效顶棚高度和火源横向位置对近火源区长度的影响,对36个工况的数值模拟和温度场变化规律的研究与分析。结果表明:火焰未撞击顶棚时,火源功率对近火源区长度几乎没有影响;当火焰持续撞击顶棚并形成水平扩展火焰时,近火源区长度受火源功率和有效顶棚高度影响较大,其无量纲形式与无量纲火源功率的2/3次方呈线性关系;随着火源与侧壁距离的减小,近火源区长度呈自然指数增加趋势;火源贴壁时,近火源区长度是火源位于隧道中部时的1.866倍;提出了近火源区长度预测模型,基本揭示了烟气由过渡阶段转入一维蔓延阶段起始位置的变化规律,能够为定量研究各阶段烟气流动特性提供参考依据。     

火源位置对腔室火流动特性影响的实验研究

腔室火流动特性是影响腔室火灾蔓延与通风状况的重要因素。通过一系列小尺度腔室火实验,研究了火源位置变化对腔室火流动特性的影响。实验结果表明,随着火源沿腔室底部从壁面向开口方向移动,在开口中性面以上,同一高度处压差与流速增大,中性面高度和烟气层高度均降低,并导致开口质量流率增大。与火源强度相比,火源位置变化对烟气层高度的影响更为显著。火源位置对中性面高度及烟气层高度的影响在壁面处及开口处更为显著,腔室中部位置变化的影响相对较小。火源由壁面向开口移动,会造成火焰高度降低和水平伸长量增加。基于实验数据,给出了考虑耦合火源位置的腔室内火焰水平伸长量的表达式。研究结果可为相关场景下的腔室火灾理论模型提供实验结果支撑。     

火焰撞击受限顶棚条件下顶棚最高温度数值模拟研究

顶棚下方最高温度是隧道火灾发展蔓延时的重要参数。针对火焰撞击顶棚并受到顶棚侧墙限制的强羽流驱动的顶棚射流,利用FDS模拟了18种缩尺寸隧道火灾工况,研究了顶棚下方最高温度随着火源功率、火源与顶棚距离的变化规律。结果表明:火焰撞击区域附近顶棚下方温度随着火源功率的增大而降低,随火源与顶棚距离的增大而升高;相反,在远离火源区域顶棚下方的温度随火源功率增大而升高,随火源与顶棚距离增大而降低;同时,通过分析隧道中心面上顶棚下方温度分布规律,提出了火焰撞击受限顶棚时顶棚下方最高温升的预测模型,研究结果能为实际的隧道消防提供一些参考。     

基于机器学习的热释放速率实时预测方法

火灾态势的实时感知对提升消防救援指挥与决策水平有非常重要的意义。为实现火源热释放速率的实时预测,通过丙烷气体燃烧实验获取火焰体积和高度的实时数据,选取MATLAB中精细高斯SVM做分类训练,建立了基于图像处理的热释放速率预测模型。结果表明,训练完成后的模型可以根据3 s内的火焰体积/高度数据预测得到实时的燃料流量,获取相应的火源热释放速率。该预测模型在已知数据集和未知数据集上都表现出了较高的准确性,为火灾态势发展预测提供了理论和技术基础,有很好的应用前景。     

森林火灾灾情快速预判模型

为在火灾发生时进行灾情的快速评估,为消防决策提供参考,提出一种简化的林火蔓延模型。通过遥感影像,获取火灾首日燃火点和火场边界,利用风向、风速和USDA蔓延模型数据库中对应植被类型的蔓延速度,进行林火蔓延计算,预判无干扰状态下的林火蔓延范围,以达到灾情快速预判的目的。通过2006年黑龙江省和2009年中蒙边境特大森林草原火灾案例的分析,结合运用卫星遥感图像对逐天火迹和火点解译的结果,验证该模型的可靠性及适用性。研究结果表明,基于实时遥感影像与气象预报信息,运用简化的林火蔓延模型,并结合林火宏观扩散的特征,能够对火灾灾情的发展进行快速研判。     

高层建筑外墙火灾数值仿真研究

采用CFD模型,对某高层建筑外墙火灾进行了仿真分析,考虑了火源位置及风速对火焰沿外墙蔓延的影响,分析结果表明在单点着火的情况下,火灾首先从着火点沿着火面外墙向上及向两侧蔓延,火焰垂直蔓延速度远远高于水平蔓延速度,火灾从单侧向相邻侧蔓延一般首先会出现在建筑顶部区域,然后相邻侧火灾会呈现自上而下的蔓延过程,最终会发展为整个建筑外表面全部参与燃烧的情形。针对以上特点对高层建筑的外墙防火提出了建议。     

竖井中羽流前锋上升时间的实验研究

利用PolyU/USTC大空间实验厅内的小尺度竖井实验台,测量了开放和封闭竖井中羽流前锋上升时间,结合理论分析的结果,得到了羽流前锋上升无量纲时间和竖井无量纲高度之间的定量关系式.结果表明,在相同火源、相同竖井尺寸条件下,开放竖井和封闭竖井中的羽流前锋上升无量纲时间分别和无量纲高度的1.03次方、1.50次方成正比,与火源热释放速率的1/3次方成反比.由于烟囱效应的作用,开放竖井中的羽流前锋上升速度最快;非受限空间次之;封闭竖井内最慢.各种决定性因素对羽流前锋上升的影响程度由大到小顺序为:内外压差、壁面导热 粘滞力、空气卷吸.     

分岔隧道火灾火源位置对临界风速影响的数值模拟分析

为探究分岔隧道火灾火源位置对临界风速的影响规律,使用数值模拟方法对火源位于分岔隧道分岔口前和分岔口后的火灾场景下的临界风速进行研究.研究结果表明:火源位于分岔口后的主隧道时,临界风速明显大于火源位于分岔口前的临界风速;在一定范围热释放速率下,分岔隧道临界风速与热释放速率的1/3次方成正比;在分岔隧道模型中,相同热释放速...     

盾构铁路隧道坡度对火灾烟气蔓延的影响研究*

为研究坡度隧道内列车阻滞后的火灾烟气蔓延行为，利用火灾动力学模拟软件（FDS）建立盾构铁路隧道火灾模型和CRH6高速列车阻滞模型，隧道坡度分别为0%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，通过分析隧道内烟气、温度、能见度等特征参数的变化规律，研究坡度隧道内高温烟气的受力情况，探讨坡度变化对火灾烟气蔓延的作用机理。结果表明，坡度隧道内发生火灾，随着烟气的蔓延，隧道内形成沿坡度方向的烟囱效应力，使得烟气在火源两侧呈不对称分布。火源下游区域的高温烟气在火风压和烟囱效应的协同作用下蔓延速度比上游更快，下游烟气层分界中性面与隧道轴线平行，上游烟气层分界中性面呈现水平状态。有坡度的铁路隧道内发生火灾，建议向火源下游方向施加纵向机械通风，人员向火源的上游方向疏散逃生更安全。     

基于FDS的风速对矿井火灾蔓延规律的影响研究*

为研究不同风速与火源功率共同作用下矿井火灾蔓延规律的变化,以安源煤矿378工作面为研究对象,建立FDS矿井巷道火灾全尺寸模型,设置火源功率分别为3,6 MW,风速分别为0.25,1.25,2.25,3.25 m/s的8种工况。研究结果表明:相同风速下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随火源功率增大而升高,巷道内能见度随火源功率增大而降低,且火源功率越大,能见度降到零的火灾区域越大;相同火源功率下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随着风速增加而升高,能见度随风速增加而降低;火灾蔓延速率与风速成正比,风速的增大加速下风向火灾的发展,但会减缓上风向火势的蔓延。     

不同隧道坡度与车厢火灾位置情况下烟气蔓延特性研究*

为研究含坡度隧道不同火源位置情况下车厢火灾烟气蔓延特性,采用CFD数值模拟方法,建立全尺寸地铁隧道与列车数值模型,研究车厢不同火源位置情况下火灾烟气纵向温度分布规律,探讨倾斜隧道车厢火源位置对烟气蔓延的影响。研究结果表明:当火灾烟气蔓延处于纵向通风惯性力与热浮力竞争作用控制阶段时,火源位于车厢上游方向时火灾烟气向车厢方向蔓延距离小于火源位于车厢下游方向情况,且随坡度增大,火源位于车厢上游方向烟气逆流长度不断减小,位于下游方向烟气逆流长度不断增大;当纵向通风风速达到2 m/s时,火源位于车厢上下游方向2种情况下,列车车厢方向均无烟气蔓延（逆流长度为0）,此时火灾烟气蔓延将主要由纵向通风控制,隧道坡度无显著影响。     

建筑物条形走廊烟气运动特性研究

建筑物走廊是火灾时人员疏散的必经之路,了解走廊烟气的运动规律,对人员疏散与救援具有重大意义。本文对走廊内的火灾烟气进行了数值模拟,得出了不同排烟场景下走廊烟气质量分数及烟气温度的分布情况。研究表明:挡烟垂壁在火灾初期能有效地阻止烟气蔓延;由于其蓄烟作用,应该将其设置在走廊中部。但随着火势的不断扩大,挡烟垂壁效果逐渐减弱,此时必须增设机械排烟机才能及时排出烟气。对比不同机械排烟场景可知,为达到更好的排烟效果,机械排烟口应该设置在挡烟垂壁上游。最后将模拟结果与实验结果对比,验证了本文结论的正确性。     

火蔓延及发展过程的计算机模拟

本文对火蔓延及发展过程进行了计算机模拟,建立了描述火焰在不结焦可燃物垂直表面向上蔓延过程的数学物理模型,其中考虑了有关的四个分过程,即(1)可燃物未燃部分的预热;(2)火蔓延或热解区前沿的确定;(3)可燃物的热解以及(4)挥发份燃烧放热。在分别建立描述这些分过程模型的基础上,构成了体现几何尺寸和其它有关因素影响的总括模型,其结果与PMMA竖板上的实验结果进行了对比。     

乙二醇流淌火燃烧特性及围堵性能研究

为研究乙二醇流淌火燃烧蔓延特性,利用自行设计的流淌火试验平台,开展了乙二醇流淌火实体试验,研究了试验过程中火焰温度、前锋移动、火焰高度等典型参数变化规律。同时,为实现流淌火的有效蔓延控制,开发酚醛泡沫材料模拟乙二醇流淌火围堵处置,评价其围堵效能。结果表明:乙二醇流淌火燃烧速度缓慢,火焰温度低于池火温度;酚醛泡沫材料对可燃液体流淌火展现出较好耐火、阻隔作用,对液体危化品的泄漏围堵具有积极实践意义。     

古商业街木结构建筑防火间距的数值模拟研究

古商业街木结构建筑较多,防火间距先天不足,发生火灾后蔓延迅速,有必要开展木结构建筑引燃特性研究以获得合理的防火间距设置参数。以古商业街为研究对象,以临界温度和热辐射强度作为着火建筑对面木结构建筑被引燃的判定指标,综合考虑环境风速、建筑间距、火源功率、喷淋系统等因素,运用火灾动力学模拟软件FDS分析系列火灾场景下的温度和热辐射强度特性,建立防火间距与火源功率、环境风速的关系式,获得适用于古商业街的防火间距控制参数及其相应的消防强化措施。结果表明:当建筑间距在3 m以下时高温引燃和热辐射引燃共同作用引燃正对面建筑,当建筑间距在3 m以上时以热辐射引燃为主;正对面建筑表面的热辐射强度先随环境风速增大而增大,达到最大值后随环境风速增大而减小;古街木结构建筑之间存在最小防火间距,该数值不受环境风速影响,仅与火源功率有关,在火源功率为3 MW～20 MW条件下,最小防火间距与火源功率满足线性关系。