燃烧风洞的研制及其燃烧特性研究

本文介绍了为可燃物燃烧特性研究而建立起来的模拟自然环境条件的燃烧风洞设备以及在燃烧设备中进行的模拟火场的火蔓延特性研究。在燃烧风洞中进行的可燃物燃烧实验为林火机理的研究、火蔓延模型的建立提供了实验依据．     

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。     

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。     

垂直壁面火蔓延速率的实验测量

垂直壁面火蔓延过程受材料本身的热物理性质以及外加辐射等复杂因素条件的影响很大,论文研究建立了可测量不同材料存在外加辐射条件下的垂直方向火蔓延实验台,来研究典型可燃物的垂直方向火蔓延特性,观察不同材料之间火蔓延行为的不同,同时测定可燃物的火焰到达高度随时间的变化情况,得到相应的火焰蔓延速率。同时考虑外辐射情况下对不同材料垂直方向火蔓延过程的影响,实验数据可为进一步的模拟研究工作提供很好的参考。     

林火蔓延预测计算机图形显示系统

通过借鉴Rothermel(1972年)建立的林火蔓延的数学模型。提出了适合我国林区可燃物分布特性的火蔓延数学模型,并在其基础上筑构出用于估算特定可燃物分布状况、变环境条件下火蔓延趋势的专家系统—FF—1G软件。该软件能迅速、直观地显示出复杂地形条件下,相应的环境风速作用时地表火火蔓延不同阶段的过火区域分布状况。对若干实例计算的结果表明,其可靠性高,实用性强,应用背景广。     

静止环境中可燃固体表面火蔓延特性的实验研究

本文通过模拟实验方法研究静止环境下可燃固体材料表面的火蔓延特性,应用火焰结构显示技术连续观察和记录了固体可燃物表面火蔓延的火行为,并利用温度示踪技术连续考察和分析了固体可燃物表面的火蔓延过程,同时研究分析了燃烧试样类型对火蔓延速率的影响,所得结查物理上合理。     

一种基于聚类分析的由林分因子估算地表可燃物载量的方法

地表可燃物载量的确定,是实现森林地表火蔓延预测的前提。已有火蔓延模型中,假定同一林分中可燃物分布是均匀的,不能准确描述可燃物载量的复杂空间分布。基于聚类分析方法,建立了一种根据易获取的几种林分因子来估算地表可燃物载量的方法。首先,对大兴安岭地区35块兴安落叶松林样地和21块樟子松林样地的树龄、郁闭度、胸径、树高等林分因子采用重心法进行系统聚类分析,分别将兴安落叶松林和樟子松林分为5类和7类。然后,计算得出每类可燃物的类中心,并以每类包含所有样地的可燃物载量的平均值来表示该类中心的载量,并由此建立可燃物载量与林分因子的对应关系。对聚类分析与线性回归预测模型从平均绝对误差AAD、标准误差SEE、模型预测稳定性指标SIF三方面进行对比,结果表明聚类分析模型要优于线性回归分析模型。     

《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…     

中空结构可燃物竖直向上火蔓延特性实验研究*

为探究中空结构固体可燃物竖直向上火蔓延的特征规律,针对不同试样内径(d)的瓦楞纸圆管进行竖直向上的火蔓延实验研究,探讨试样内径对其竖直向上火蔓延特性的影响。结果表明:其火蔓延过程可以分为火焰发展、稳定蔓延和火焰衰弱3个阶段,蔓延过程中对流换热占据主导地位;平均火焰高度随d的增大先增大后略微减小,在d=70 mm时达到最大;火蔓延速率和质量损失速率均随d的增大而增大,并且质量损失速率与d存在较好的线性关系;火蔓延速率与热释放速率呈现出较好的幂次关系。可以发现在一定范围内,中空结构可燃物的内径越大其火灾危险性越高。     

微重条件下非稳态燃烧过程的数值模拟

在建立气固相界面耦合燃烧理论模型的基础上，对微重条件下火焰在固相材料表面的蔓延进行了三维非稳态数值模拟，模型中考虑了气相燃烧过程、固相的热解和传热过程，给出了相界面的处理方法。不同算例的计算研究了环境氧浓度、环境压力对微重火蔓延的影响，并与正常重力条件下的计算结果进行了分析对比．结果基本合理。     

基于计算机图形技术的林火蔓延模型

目前用于模拟林火蔓延的模型主要是相邻单元模型和波传播模型,他们的优缺点具有明显的互补性.本文基于计算机图形技术,考虑已有模型的优点,设计了一个新的蔓延模型.本文介绍了新模型的设计方案与实现方法,以及影射变换,拓扑关系的解决方案.研究了它们的优缺点以及火线的失真等问题.通过理论分析和案例研究,新模型大大改进了林火蔓延的计算机模拟过程,因此本模型可不受地理环境和火行为复杂性的限制,提供林火发展的实时全景图象.     

Numerical and experimental study on flame spread over conveyor belts in a large-scale tunnel

Conveyor belt fires in an underground mine pose a serious life threat to the miners. This paper presents numerical and experimental results characterizing a conveyor belt fire in a large-scale tunnel. A computational fluid dynamics (CFD) model was developed to simulate the flame spread over the conveyor belt in a mine entry. Thermogravimetric analysis (TGA) tests were conducted for the conveyor belt and results were used to estimate the kinetic properties for modeling the pyrolysis process of the conveyor belt burning. The CFD model was calibrated using results from the large-scale conveyor belt fire experiments. The comparison between simulation and test results shows that the CFD model is able to capture the major features of the flame spread over the conveyor belt. The predicted maximum heat release rate, and maximum smoke temperature are in good agreement with the large-scale tunnel fire test results. The calibrated CFD model can be used to predict the flame spread over a conveyor belt in a mine entry under different physical conditions and ventilation parameters to aid in the design of improved fire detection and suppression systems, mine rescue, and mine emergency planning.     

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。     

聚苯乙烯泡沫芯材的燃烧特性及其在火灾事故原因调查中的应用

利用热解分析、热电偶束和ISO9705房屋/墙角等实验装置测试了彩钢板中聚苯乙烯泡沫(EPS)芯材的热解特性和水平方向的温度分布及整体板材的燃烧特性,结合某乳液公司冷库火灾事故原因调查,分析评价了EPS泡沫夹芯板的潜在和实际火灾危险性,证实了EPS芯材内部的燃烧和热传播为火灾蔓延的主要原因.     

建筑火灾风险及财产损失评估技术进展

从火灾保险发展历程出发,阐述了进行火灾风险评估的必要性。比较评述了美国的建筑防火评估方法,加拿大的FIRECAM方法,澳大利亚的风险评估模型;综述了火灾风险评估的现状、发展以及现实意义;提出建立火蔓延模型,确定建筑物火灾损失率的数学期望和方差,建立典型可燃物火蔓延模型与典型建筑火灾荷载统计方法;认为预估建筑物火灾烧损时,烧损的面积以及财产综合损失是当前亟需研究的问题。     

基于Pathfinder和FDS的火场下人员疏散研究

为了探究高层建筑发生火灾时人员行为对疏散的影响,以上海静安区失火大楼为背景,运用试用版灾难逃生软件Pathfinder,对人员行为进行模拟.实验得到了人员在不同行为模式下逃生时所用的时间和楼梯间内拥挤情况,并探究家庭成员的行为对逃生的影响.利用Pathfinder进行SFPE模式和指导模式模拟以确定哪种模式中的行为属于安全的疏散行为.以《建筑防火规范》规定的允许疏散时间为标准计算出规定时间内的疏散的人数,从而确定处于危险状态下的人员数量和时间.建立了一个简化的高层建筑模型,采用FDS模拟软件对高层建筑火灾进行了火灾模拟,得出了烟气蔓延速度、温度、CO浓度以及能见度的变化规律,为高层建筑火灾烟气的有效控制、人员疏散、火灾扑救提供了一定的理论依据.     

细水雾灭火技术的研究

细水雾灭火技术主要通过汽化隔氧、冷却燃料和氧化剂以及吸收部分热辐射等效应与火相互作用,降低燃烧化学反应速率和火焰传播速率,达到控制和扑灭火灾的目的,不会产生“二次性环境污染”,可以达到火灾防治洁净化目标。为此,对细水雾抑制火灾的过程和机理进行了实验研究和数值模拟,以促进细水雾灭火技术的发展     

山地林火蔓延模型的研究

建立了有风速有坡度条件下的林火蔓延模型,并进行了模拟山丘条件下的数值计算和实验模拟。通过对计算结果和实验结果的分析比较,获得了模拟山地条件下的一些流场变化规律,为进一步预测林火行为为奠定了基础,同时也证明了采用该模型的必要性。     

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。