窄带水平集法下林火蔓延仿真研究

火焰锋面的追踪是建立林火蔓延模型及预测锋面位置的关键环节。基于水平集法追踪锋面具有求解灵活稳定、易于处理锋面拓扑结构变化的特点。针对传统水平集法重新初始化过程复杂、计算量较大的问题,根据距离函数定义,提出通过形态学膨胀的方法以锋面点为圆心向外膨胀,获得锋面附近窄带内每个点距离锋面的最近距离,重建窄带内的水平集函数,物理意义明确,有效减小了计算量,在此基础上基于林火速度场经验模型模拟了单火源及双火源的锋面蔓延情况。结果表明,该方法能够有效模拟坡度、风速等因素对火焰锋面的影响,为其在林火蔓延模型中的应用提供了基础。     

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。     

置障长管内丙烷-空气爆炸过程的流场特性研究

本文构建了12 m×0.125 m的大长径比密闭管道的二维模型,运用计算流体动力学软件Fluent,基于Realizable k-ε湍流模型和预混燃烧模型,对有障碍物条件下丙烷-空气爆炸过程中湍流对火焰的加速机理进行数值模拟研究,重点分析不同阻塞率对流场微观特性的影响规律。结果表明,阻塞率对管道内流场特性的影响十分明显,在一定范围内,阻塞率越大,火焰锋面前后的速度梯度越高,引起的湍流涡旋规模越大,导致火焰阵面的变形程度越严重,使得火焰锋面传播速度以及气体的扩散速度也越快。     

障碍物对油气-空气混合气体泄压爆炸火焰传播特性影响

为了研究障碍物对油气泄压爆炸火焰传播特性的影响规律,进行了不同数量障碍物工况下的对比实验,并利用纹影仪和高速摄影仪记录了火焰传播过程,针对障碍物对火焰形态、火焰锋面位置及火焰传播速度的影响规律进行了研究,结果表明:圆柱体障碍物会导致油气泄压爆炸火焰形态产生褶皱和弯曲变形,诱导层流火焰向湍流火焰转变,加速火焰的传播,对油气泄压爆炸火焰的初始传播形态有显著影响;随着障碍物数量的增多,火焰锋面传播距离点火端的最大距离增大,但到达最远距离的时间减少;障碍物能够增强火焰的传播速度,尤其对障碍物下游火焰影响最为显著,随着障碍物数量的增多,火焰传播的最大速度也随之增大,但达到最大火焰传播速度的时间却随之减少;障碍物的存在增大了油气泄压爆炸过程外部爆炸压力,并且随着障碍物数量的增多,外部爆炸压力峰值增长幅度增大。     

基于彩色火焰图像测量柴油机燃烧火焰温度

根据彩色三基色测量火焰温度的数学模型,以乙炔火焰为标定物,利用最小二乘法拟合温度和图像灰度值的函数曲线,运用该拟合曲线测量柴油机的燃烧火焰温度.测量结果符合柴油机燃烧规律,实验证明该方法有效可行,具有非接触式测量和可视化的优点,为柴油机的检测和改进提供了参考依据.     

氢化锆卷扬成雾及其爆炸火焰传播研究

设计氢化锆卷扬成雾及爆炸综合测试平台,研究氢化锆卷扬成雾及爆炸火焰传播机理.研究表明:破膜激波卷扬起沉积氢化锆粉尘后进行速度方向发生持续变化的往复运动,压力集中在中部70 mm处.点燃初期,氢化锆粉尘的火焰速度比较慢,呈不规则的离散型火焰锋面,后期火焰速度加快,火焰锋面趋向于弧线型,随着氢化锆粉尘的浓度继续增大,火焰锋...     

油气浓度对半开口管道爆炸超压特性与火焰行为的影响

为了研究油气浓度对半开口管道爆炸超压特性与火焰行为的影响,建立半开口透明管道实验台架,采用5种不同初始油气浓度,进行了一系列油气爆炸对比实验。研究结果表明:油气浓度对油气爆炸超压峰值以及升压速率有显著影响,二者都呈现随浓度的增加先增大后减小的变化规律;油气浓度对火焰锋面传播速度有着显著影响,在当量浓度比下,火焰锋面的传播速度最大,并且火焰锋面的传播距离也最远;管道内的火焰行为可以分为4个阶段;油气浓度对火焰传播形态以及传播速度有明显的影响,对火焰传播形态的影响主要体现在破坏变形以及管道外爆炸阶段,随着浓度增加,爆炸半径先增大后减小,火焰传播速度呈现相同的变化规律。     

多分支管道油气爆炸特性大涡模拟

为了研究油库常见的分支结构空间内发生油气爆炸时火焰和压力的传播特性,建立了基于WALE湍流模型及Zimont预混火焰模型的油气爆炸模型;模拟了6种不同分支管道结构空间内汽油/空气混合物爆炸发生发展过程;研究了分支管道数量及相对设置位置对爆炸超压的影响规律,以及分支管道对火焰传播形态和速度的影响规律;模拟结果与前人相关实验规律进行对比。研究结果表明:分支管道对汽油/空气混合气预混爆炸具有明显的强化激励作用;火焰锋面传播经过分支管道时,经历规则—褶皱—规则的变化过程;主管道内火焰传播速度,在分支管道对流场的突扩作用和湍流作用的共同影响下呈震荡变化的规律。     

“细水雾灭火模拟实验系统的研制与应用”通过专家鉴定

由火灾实验室承担的“细水雾灭火模拟实验系统的研制与应用”通过专家鉴定。该项目属国际前沿研究课题。主要通过模拟实验对不同雾化方式、不同实验工况条件下细水雾滴径和速度分布以及雾通量等特性参数进行了动态测量和分析 ;研究了细水雾与火焰相互作用的机理 ,揭示了雾通量与细水雾灭火有效性之间的内在关联 ;研究了在开放空间和受限空间细水雾与油池扩散火焰、木垛火焰相互作用的动力学过程 ,对细水雾与火焰相互作用的过程进行了实时、多参数的同步实验测量 ,并建立了细水雾作用下对红外热场诊断结果的修正方法 ,从而为系统、深入地研究…     

一种HSI空间基于模糊聚类的火灾彩色图像分割算法

针对通用模糊聚类算法进行彩色图像分割存在对初值敏感,迭代过程耗时等问题,在HSI空间结合火焰图像分布特征,采用平均值法进行初值优选,构造抑制算子和抑制因数对火焰无关区域S和I分量进行有效抑制,采用直方图聚类后进行数据融合等方式,最终实现彩色火灾图像分割。实验表明,该算法提高了彩色火灾图像分割的准确性和收敛速度。     

竖形槽道模型中火旋风的发生与旋转规律研究

火旋风是森林火灾中经常发生的一种特殊火行为。作为一种复杂的包舍化学反应的有旋流动,火旋风在不同的可燃物种类和物理条件,以及不同的环境流场条件下,会表现出复杂的动力学特征。本文设计了一个在边角对称开有缝隙的六棱柱体火旋风发生装置,探讨了火旋风特征参数的测量方法,实验模拟了火旋风的发生与发展,对火旋风的温度分布、速度和燃烧时间随燃料和环境条件的变化规律进行了比较分析。     

Dynamic numerical simulation of coal mine fire for escape capsule installation

Fire in mine laneway leads to disordered ventilation system airflow, and smoke will result in staff poisoning. In such situation, it necessitates to install a rescue capsule in the common staff area. In this paper, the software Fluent was used to simulate the airflow conditions dynamically in No. 5 belt roadway of Kongzhuang Coal Mine when fire broke out. The migration law of CO front was determined. By underground escape experiments, personnel escape velocity model in pathway was established. Based on the numerical simulation and results of field experiments, the escape capsule installation location in the passageway of No. 5 belt roadway was ascertained.     

外墙保温材料数值模拟研究

根据外墙保温材料具体的工程参数为依据,对挤塑型聚苯乙烯(XPS)、膨胀型聚苯乙烯(EPS)和聚氨酯(PU)三种材料的燃烧参数进行设定,设定火源为从窗口喷射而出的火焰,运用FDS软件进行数值模拟与分析。经过模拟发现:外墙保温材料在竖向燃烧中,火焰前锋高度呈现抛物线式增长,y=at2+bt+c,前期增长迅速,后期逐渐平稳。火焰前锋速度按照线性变化,vp=αt+β。在整个燃烧过程中,火焰前锋速度平稳的降低。XPS板导热系数最好,各测点的温度上升最慢,EPS板蓄热系数最好,所以其温度曲线最为平稳。     

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...     

数值模拟在我国火灾研究中的应用

为了解数值模拟方法在我国火灾研究中的应用情况,从CNKI《中国学术期刊(网络版)》数据库中获取1265篇以火灾数值模拟为主题的期刊文献,使用CiteSpace可视化分析软件,从机构合作、作者合作、关键词共现等方面进行分析。结果表明:2003年以来,火灾数值模拟高速发展,应用广泛,并不断被用以研究新的火灾问题。中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室是使用数值模拟方法研究火灾最主要的科研机构;朱国庆、周汝等是发表火灾数值模拟相关文献最多的学者;火灾数值模拟主要应用于大体量火灾场景,也用于获取实体实验难以监测的数据,使用最广泛的火灾数值模拟软件为FDS。     

考虑火源位置的船舶机舱火-热-结构耦合研究

为准确分析真实火灾条件下的船舶机舱结构力学行为,克服传统标准温升法的缺陷,提出基于火灾动力学模拟器(FDS)和ANSYS的火-热-结构力学耦合分析方法;采用FDS仿真模拟真实火灾场景,获得近机舱内壁面处时变温度场信息,以此温度场信息为边界条件,传输到结构力学行为仿真软件ANSYS中,对机舱结构加载温度荷载并进行瞬态热分...     

九华山典型寺庙建筑火灾危险性分析

结合九华山典型古寺庙的建筑结构特点,分析了潜在的火灾危险性,并以某典型古寺庙为 研究对象,利用火灾场模拟软件FDS对设计的九华山典型古寺庙的火灾场景进行了模拟计算,得 出了火灾相关参数的变化规律。     

山地林火特征与扑救的若干问题

根据火灾科学、流体力学、气象学和地理科学中的一些基本理论以及实际火场经验,分析了山地条件下：（１）坡度对火行为的直接影响;（２）简单地形中局地风特征和火行为特征;（３）典型山地地形—流系地形中的局地风和林火行为特征,提出了扑救山地林火应注意的若干问题     

活塞风对地铁隧道内烟气扩散特性影响的数值模拟

研究目的是探索地铁列车活塞运动所造成的隧道内三维非均匀初场对列车火灾烟气扩散特性的影响。采用计算流体力学(CFD)方法模拟列车从运动到停止于隧道中的过程,通过将瞬时计算域内三维速度场经过数据转换和传递作为进一步模拟火灾烟气扩散过程的初始条件,检验有效疏散时间内列车附近疏散空间的安全性,并将模拟结果与静止初始条件下的模拟结果进行对比。模拟所采用的三维非均匀初场更接近于真实的物理过程,使模拟结果更有助于揭示实际火灾过程的本质。模拟结果显示列车运动所造成的惯性气流对火灾早期烟气扩散有显著的影响,所采用的研究方法和结论能为制定更加可靠和安全的火灾应急预案提供理论依据。