建筑物火灾的计算机区域模型

本研究运用区域方法模拟了建筑物火灾的发展过程,采用理论分析和经验公式相结合的方法,开发了火灾工程系统软件,分析求解了防火工程中的参数,该模型可为建筑物防火工程设计提供咨询、评估。     

计算机模拟在火灾科学与工程研究中的应用

计算机模拟技术尤其是场模拟技术是近年来发展完善的高新技术,在许多工程领域和基础研究方面得到广泛应用。但其在大灾科学和工程领域的应用研究刚刚起步。本文在介绍场模拟基本方法的基础上,重点介绍了场模拟方法中大涡模拟技术的基本理论和方法,并将其引入火灾动力学的研究中。列出了火灾动力学大涡模拟的基本方程、湍流模型、燃烧模型和幅射模型。并用此方法模拟了油罐区火灾动力学演化实例,据此可提出更有效的控制和补救措施。 通过利用场模拟方法中的大涡模拟技术研究典型工业重点火灾危险源——油罐区火灾动力学演化实例,可以看出场模拟技术在安全工程领域方面的发展前景。预计它将成为安全工程领域中的安全管理、危险性评估以及安全事故处理决策支持等的有效手段。     

室内火灾升温过程的随机性研究

火灾升温的参数化模型由两部分组成,即升温段持续时间的确定和升温过程的函数关系。升温段持续时间是随机变量,升温过程是随机过程。随机性参数的概率密度函数复杂,用解析方法推导升温段持续时间和升温过程的概率分布类型和概率特征比较困难。本文运用Monte Carlo方法和数值方法研究了参数化模型升温过程的随机特性;给出了升温段持续时间的概率模型、升温过程的均值函数和方差函数,并利用区域模拟验证了基于参数化模型的火灾升温概率模型的有效性。     

城市火灾模拟分析与消防应急指挥系统的设计与实现

城市火灾对人类的危害极大,建立城市消防地理信息系统是减轻城市火灾的有效途径。剖析了传统火灾报警与消防调度模式存在的弊端,尝试提出城市火灾模拟分析与消防应急指挥的融合模式,并运用GIS技术设计和实现了城市火灾模拟分析与消防应急指挥系统。解决了系统实现过程中的一系列关键技术:基于两种方式的接警空间定位、复杂条件下大区域火灾蔓延动态模拟分析、火灾损失预测与评估及消防应急指挥决策模型等。     

基于三角条块法的土体主、被动临界滑动场及土压力的计算

提出基于三角条块法的土体主、被动临界滑动场的数值模拟方法,并得到相应的土压力分布。首先,将土体划分为若干三角条块,引入带参数的条间力函数,建立土体极限平衡方程;然后,由最优控制理论得到一系列互不相交的临界滑动面,选定通过墙脚的临界滑动面,根据平衡方程求解格式,不断调整条间力函数中的参数,使土体满足力与力矩的平衡;最后,利用有限差分法,由墙面上各离散点的临界推力计算墙面上的土压力分布。数值计算结果表明,此方法适应性强,可计算任意倾斜角度的填土和墙体,且精度高、与现有解析解一致,可用于工程计算。     

火源和壁面材料对轰燃影响的数值模拟

轰燃是建筑火灾中一类特殊的火灾现象，其引起的危害是巨大的。有很多因素会影响轰燃的产生，在这些因素中，火源类型大小及壁面参数等对轰燃发生时的热烟气温度和热释放速率有重要的影响．本文利用区域模拟方法计算了这些因素的影响情况．计算结果表明，火源对火灾的蔓延影响十分显著；墙壁材料可燃的难易程度会大大改变轰燃发生的时间．     

地下水渗流参数反演的微分进化算法

以非均质、各向同性含点源非稳定流定解问题为数学模型,利用有限元法对该模型进行了数值求解,并给出了求解该模型的具体过程。在此基础上,介绍了地下水参数反演方法的发展史和参数反演问题的微分进化算法。为了说明微分进化算法对反演的有效性,考虑了一个含点源方程非稳定流定解问题,并对其进行了数值模拟。结果表明,所提算法可以进行复杂的地下水参数反演求解,且具有程序实现简单、反演精度高的特点,值得在实际中应用。     

火灾下空心混凝土楼板内温度场分析模型及算法

计算火灾下空心混凝土楼板内温度场的关键是计算空腔内的热量传递。假设火灾过程中空腔内气体压力为常数,空气流动引起的热量损失忽略不计,空腔内的热量传递通过壁面辐射和空气传导实现。基于奥本海姆网络法,本文提出了计算空心混凝土楼板空腔内辐射热流的算法,推导了矩阵形式的空腔内有效辐射方程,考虑到系数矩阵的对称性,采用LDLT分解法求解有效辐射方程。利用空腔边界上的有效辐射热流,计算空腔边界上单元的温度节点荷载。这种方法已经嵌入作者开发的温度场分析软件TFIELD之中,用TFIELD对底面按ISO834曲线进行加热的空心混凝土楼板进行计算,结果表明,本文算法十分有效,对研究空心混凝土楼板的抗火性能具有积极意义。     

森林火灾后植被恢复的遥感监测

文中结合Landsat TM遥感影像和CRU气象数据,采用参数生态模型,从森林植被净初级生产力NPP入手,模拟估算大兴安岭地区图强林业局1987年森林火灾后的植被覆盖情况,并通过控制实验对比分析影响森林NPP估算模型的主要因子和过火区域的NPP变化,从而实现火灾后对森林恢复情况的遥感监测。结果表明：1987年森林大火造成的研究区森林NPP数值下降严重。之后森林植被NPP数值逐渐回升,2009年之后达到最大值,已经完全恢复到火灾前的数值。从空间分布来看,研究区北部地区受火灾影响较大,多年森林NPP总体数值变化明显呈增长趋势,到2009年后则趋近平稳;南部未过火区域没有明显变化。利用遥感技术与生态模型结合是监测火灾后森林恢复的有效途径。     

集中排烟公路隧道入口段火灾下诱导风速研究

为研究集中排烟模式下公路隧道入口段发生火灾时的合理诱导风速,以某公路隧道为背景,运用火灾动力学模拟软件FDS对隧道人口段火灾时不同坡度、不同诱导风速的16组火灾工况进行模拟研究,通过对各工况下隧道内的温度场分布及烟气控制效果模拟结果的分析,得到了各工况下的合理诱导风速,研究结果可为公路隧道集中排烟系统关键设计参数提供参考.     

室内火灾温度的预测方法及其分析

室内火灾温度是火灾科学中非常重要的参数之一，它对火灾防护有着重要的作用。本文以轰燃为分界点，总结归纳了目前国际上采用的轰燃前后室内火灾温度的预测方法。对每一种方法的使用条件及优缺点作了分析。同时对轰燃前后的各种温度预测方法分别作了简要的对比。最后根据前面的分析推荐了作者认为实用性较强的几种方法．     

预应力混凝土结构抗火设计构造措施分析

预应力混凝土结构在火灾下的抗火性能可以通过理论计算得到保证，但是如果预应力混凝土结构的构造措施不合理，也将大大降低结构的抗火性能，甚至引起预应力失效。通过非线性有限元计算讨论了保护层厚度和防火涂料对结构抗火性能的作用，并对规范要求的保护层厚度进行了分析，最后对锚固区的耐火设计提出了建议。     

基于MODIS数据的火点信息自动提取方法

火点自动识别是提高火灾遥感监测响应速度的关键。MODIS是第一个在仪器特征参数设计上考虑了火灾监测需求的卫星。大兴安岭地区地处草原草甸和森林交界地带,火灾频繁。以大兴安岭地区为实验区,基于马里兰大学提出的MODIS数据火灾监测算法,按照我国的地理环境和植物燃烧条件进行修正,构造了火点信息自动提取模型,形成了从图像预处理到火点自动提取的技术流程。火点信息自动提取产品有火点和异常高温点,火点提取精度达到90%以上。模型适合日间火灾监测。影响火点自动提取精度的主要是因为:图像边缘对探测值产生影响;云覆盖使辐射无法透出;烟羽的影响,使辐射降低。     

火灾规律双重性模型及其对室内漏油火灾的分析

火灾的规律具有双重性:确定性和随机性。只有既研究其确定性又研究其随机性,并进而研究二者的综合才能完整地认识火灾的规律。本文提出火灾双重性规律的学术思想,通过构造室内漏油火灾的确定性和随机性模型,阐明运用火灾双重性规律表述火灾过程的具体方法。文中用微机实施的大量计算表明,该模型能方便地预言:发生室内漏油火灾时,室内设备是否会损坏以及可能被损坏的概率.     

火灾后结构损伤检测数据小波分析法的研究

检测缺陷的参数是火灾后混凝土结构受损综合评判的重要依据。火灾对钢筋混凝土结构的影响存在不确定性,判断缺陷的参数困难。超声波穿过混凝土后频谱的变化与混凝土的内部缺陷有关,混凝土的内部缺陷对不同频率的超声波衰减不同,通过混凝土缺陷区的超声波带有缺陷的信息。小波分析可以对指定频带和时间段内的信号成分进行分析,在时域和频域具有良好的局部化性质。可以准确地抓住瞬变信号的特性,对频率成分采用逐渐精细的时域或频域取样步长,从而聚焦到信号的任意细节。运用小波的方法分析接收到的超声波的频谱结构,就能判断缺陷的参数。     

约束钢筋混凝土十字形柱的高温轴力分析

利用结构抗火分析软件SAFIR,研究了高温下约束十字形柱的轴力变化过程,考察了众多参数对该过程的影响规律,初步建立了其实用计算方法。研究结果表明:1荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载偏心率、截面尺寸对该变化过程影响较大,而柱长度、材料强度、混凝土保护层厚度、配筋率则对该过程影响较小。2随着轴向约束刚度比增加,轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值均逐渐增大,且后者的增大效应相比前者更为显著。3有无转动约束存在对轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值影响有限,非零转动约束刚度比的大小对轴力变化系数随升温时间的变化过程影响很小。4随着荷载比增加,轴力变化系数峰值迅速减小,这一趋势对于偏压柱更为显著;随着荷载偏心率增加,轴力变化系数迅速增大。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在,正确把握高温下约束构件的内力变化过程对科学解释其真实火灾行为是必要的。     

热阻力概念的修正及计算方法

以隧道火灾为背景,对一维加热管流中的热阻力进行了研究。通过压力场数值模拟与理论分析,直接证实了热阻力的存在,并表明传统概念上的热阻力明显大于实际的能量损失。根据能量方程提出水平无粘管流的热阻力应等于气流经过加热区的全压力降,而非静压力降;等截面管流的热阻力大小应为传统热阻力值的1/2。这一修正使热阻力概念具有了严格的流体力学意义。在定义新的热阻力系数基础上,建立了2个热阻力系数表达式及低马赫数条件下热阻力的近似表达式。将该近似表达式与热损失方程进行对比,表明两者在低马赫数条件下具有一致性。研究成果进一步发展了热阻力理论体系,对隧道火灾及其它相关工程热物理问题的研究与应用都具有重要价值。