相邻木结构建筑火灾蔓延临界值研究*

为研究相邻木结构建筑火灾由已燃建筑传递至未燃建筑的临界值,利用突变理论与数值模拟分别研究相同条件下贵州省典型木结构建筑火灾发展过程中发生突变现象的临界值,并采用实验手段对前2种方法所测得的结果进行验证,从而证明尖点突变理论在相邻木结构建筑火灾蔓延临界值预测中的可行性与有效性。建立描述相邻木结构建筑火灾发展过程的能量守恒方程,通过对能量守恒方程的推导,得到相邻木结构建筑火灾突变势函数。结果表明:在相邻木结构建筑火灾发展过程中,火焰由已燃建筑传递至未燃建筑这一过程具有尖点突变的特征,计算出的火灾蔓延临界值为892.2 K;根据数值模拟找到已燃建筑传递至未燃建筑的状态,此时的临界值为881.5 K:2组简易实验测得的临界温度分别为903.2,889.8 K,与突变理论预测值和数值模拟结果相比,3种方法误差不大,因此可认为利用尖点突变对相邻木结构建筑火灾突变临界值进行预测具有可行性。     

受限空间火灾轰燃过程的模拟实验研究

研制一种重现火灾轰燃的化学燃料和氧化剂的混合燃料，通过调整燃料的配方，可实现模拟控制火灾轰燃的温度和烟气产生量；实验研究了火灾轰燃过程烟气参数的变化规律，说明建筑火灾烟气运动的场-区-网模拟模型是合理的，分析了火灾过程中烟气的产生、运动、回流、下沉现象物理机制，指出在受限空间火灾救灾过程中应注意的问题。     

建筑火灾中轰燃现象的突变分析

建筑火灾中轰燃现象是一种典型的突变过程。本文利用数学方法推导出轰燃的突变动力学，首先给出基于能量平衡方程的轰燃模型并构建其突变簇方程，然后讨论系统控制因子和实际工况之间的关系。结果发现建筑火灾中轰燃现象的突变形式是燕尾突变。     

室内火灾发展过程稳定性数值计算与分析

为明确轰燃现象出现前火灾所处的状态,得到轰燃发生的临界条件,基于非线性动力系统稳定性理论,针对描述火灾过程的一个典型微分方程,采用数值方法计算了系统Jacobi矩阵的特征值随时间的变化。计算结果表明在出现轰燃现象之前的火灾过程始终处于临界稳定状态。通过火灾过程的温度T(n+1)~T(n)曲线的数值计算验证了轰然发生的临界条件,对火灾非线性动力系统的时间演化过程进行了解释。     

回燃及其对腔室火灾过程的影响

从火灾中的两种特殊火行为－轰燃和回燃的发生机理出发,着重讨论了回燃在整个火灾过程中的作用以及回燃对轰燃的影响。结果表明,由于回燃和轰燃同为火灾全过程中的分过程,并且由于二者发生机理的相似性,因而,它们可以建立联系。当具备合适的热解产物浓度时,回燃过程可以使火灾系统的状态突变到完全发展状态,即引发轰燃。     

火灾的火环境与火行为

连片木结构山寨吊脚楼是广西西北部较为有特色的建筑群体.虽然,吊脚楼具有浓郁民族特色,但是一场大火就能把美丽的村寨化为了灰烬.目前,连片木结构山寨火灾已经引起了社会各界的关注,本文将通过对山寨火灾火环境与火行为的分析,较为系统的掌握连片木结构山寨火灾的形成过程,找出影响火灾传播过程的关键因素.     

通风开口对轰燃影响的数值模拟

轰燃是建筑火灾中的一个重要的火现象,室内局部火的发展过程中,热烟气向水源基底辐射,在一定条件下会产生正反馈,导致热烟气温度和火源释放速率急剧增加,从而转变成遍及整个房间的大火,轰燃的产生与否受到很多因素的影响,尝试利用CFAST对轰燃现象进行数值模拟,讨论了不同的通风开口条件对轰燃发生时热烟气温度和热释放速率的影响,计算机结果表明,当开口面积固定时,竖直开口比水平开口需要更大的火源释热速率,另外也指明了,多数情况下用CFAST对轰燃进行计算是可能的,但在某些临界条件下计算会终止。     

飞机客舱结构对轰燃影响的仿真研究

客舱轰燃的发生直接关系到乘客的生命安全。为研究撞地火灾情景下飞机客舱轰燃的影响因素,基于BFD曲线参数估计模型分析确定轰燃的主要影响因素为开口因子、火灾总燃料载荷和火灾发展系数。利用Pyro Sim建立客舱结构仿真模型,通过FDS对不同型号的波音和空客飞机进行了仿真模拟,得到轰燃发生时间在160~230 s。仿真结果表明,改变客舱表面积即改变客舱的长、宽、高会对开口因子产生直接影响,进而影响轰燃发生时间。     

初始引火源燃烧特征对动车车厢轰燃的影响研究

为了研究动车组发生火灾时车厢内火焰不断蔓延、火势不断增大导致车厢内轰燃的情况,并得到引起车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率及所需燃烧持续时间,采用火灾动力学三维模拟软件FDS模拟其燃烧过程,分析在持续燃烧和非持续燃烧2种状态下不同热释放速率的初始引火源引起的动车组车厢轰燃情况。结果表明:引起动车组车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率值为160 k W,燃烧持续时间临界值为1 470 s。随着初始引火源热释放速率的增大,车厢发生轰燃的时间变短,两者之间存在乘幂函数关系;且发生轰燃所需的火源燃烧持续时间也随之缩短,两者之间同样存在乘幂函数关系。根据动车组车厢内常见初始引火源特征,明确了不同行李物品作为初始引火源对动车组车厢发生轰燃的危险性。     

初始引火源燃烧特征对动车车厢轰燃的影响研究北大核心CSCD

为了研究动车组发生火灾时车厢内火焰不断蔓延、火势不断增大导致车厢内轰燃的情况,并得到引起车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率及所需燃烧持续时间,采用火灾动力学三维模拟软件FDS模拟其燃烧过程,分析在持续燃烧和非持续燃烧2种状态下不同热释放速率的初始引火源引起的动车组车厢轰燃情况。结果表明:引起动车组车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率值为160 k W,燃烧持续时间临界值为1 470 s。随着初始引火源热释放速率的增大,车厢发生轰燃的时间变短,两者之间存在乘幂函数关系;且发生轰燃所需的火源燃烧持续时间也随之缩短,两者之间同样存在乘幂函数关系。根据动车组车厢内常见初始引火源特征,明确了不同行李物品作为初始引火源对动车组车厢发生轰燃的危险性。     

初始引火源燃烧特征对动车车厢轰燃的影响研究北大核心CSCD

为了研究动车组发生火灾时车厢内火焰不断蔓延、火势不断增大导致车厢内轰燃的情况,并得到引起车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率及所需燃烧持续时间,采用火灾动力学三维模拟软件FDS模拟其燃烧过程,分析在持续燃烧和非持续燃烧2种状态下不同热释放速率的初始引火源引起的动车组车厢轰燃情况。结果表明:引起动车组车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率值为160 k W,燃烧持续时间临界值为1 470 s。随着初始引火源热释放速率的增大,车厢发生轰燃的时间变短,两者之间存在乘幂函数关系;且发生轰燃所需的火源燃烧持续时间也随之缩短,两者之间同样存在乘幂函数关系。根据动车组车厢内常见初始引火源特征,明确了不同行李物品作为初始引火源对动车组车厢发生轰燃的危险性。     

研究进展

国家自然科学基金重点项目火灾中若干特殊火行为研究　　针对火灾中若干危害较大的特殊火灾现象 ,包括建筑火灾中的轰燃和回燃、大坡度高山峡谷林火、矿井隧道火灾中的风流紊乱 ,探索这些特殊火行为产生的机制。通过 3年的研究 ,本项目完成了小型轰燃、回燃实验台的研制 ;利用数字粒子图象技术DPIV进行了回燃前重力流流场结构的研究 ;回燃现象属于燕尾型突变 ,其产生的决定性参数是腔体内的燃料质量百分比 ;提出了纤维素材料热解的一种改进模型 ;修正了轰燃的非线性模型 ;成功的建立了描述氮气气氛和空气气氛下生物质材料热解失重行为的“…     

分析连片木结构山寨 火灾的火环境与火行为

连片木结构山寨吊脚楼是广西西北部较为有特色的建筑群体。虽然,吊脚楼具有浓郁民族特色,但是一场大火就能把美丽的村寨化为了灰烬。目前,连片木结构山寨火灾已经引起了社会各界的关注,本文将通过对山寨火灾火环境与火行为的分析,较为系统的掌握连片木结构山寨火灾的形成过程,找出影响火灾传播过程的关键因素。     

古建筑木板壁结构对室内火蔓延过程影响研究

为提出切实可行的古建筑火灾防治措施,木结构古建筑特有结构木板壁对火灾蔓延的影响规律值得重点关注。以上海静安寺大雄宝殿为例,利用火灾动力学模拟器(FDS)软件开展火灾数值模拟,研究不同结构木板壁对古建筑室内火灾蔓延过程的影响。结果表明:木板壁作为火焰纵向蔓延的主要通道,其上部开口增大,火焰纵向蔓延时间增加,轰燃推迟;木板壁上部开口可加速火灾烟气的水平蔓延速度,不同开口尺寸对大殿后方烟气层沉降速度影响不大;无开口结构时烟气层高度下降至4 m,用时增加20 s。     

木结构建筑群火灾危险性综合评价

为了对木结构建筑群的火灾危险性进行研究,提出了熵值法-突变理论对贵州某典型木结构建筑群的火灾危险性进行评价.对火灾影响因素进行分析后,从安全管理、周围环境、建筑防火能力、电气防火及建筑消防系统5个方面建立了木结构建筑群火灾危险性评价指标体系.首先通过熵值法确定了底层指标的相对重要度排序,其次根据各指标的重要度利用突变理论计算二层指标的突变隶属值,通过递归运算得到系统总突变隶属值,但由于传统突变评价具有评价值过高的不足,引入数据拟合对评价结果进行修正.结果表明,利用熵值法-突变理论得到的初始计算结果为0.943.数据拟合修正后的突变级数为0.612,评价等级为中度危险.根据国家标准规定木结构建筑的火灾危险评价等级为中度危险,证明了该评价方法的有效性.最后,根据评价结果从安全管理、周围环境、建筑防火能力、电气防火及建筑消防系统5个方面分别提出了一系列措施,从而有效降低了木结构建筑群火灾危险性.     

室内轰燃试验及数值模拟分析

通过实体小室轰燃试验,比较BFD曲线参数估计法和FDS场模拟在轰燃预测上的可靠性.采用相关系数法比较BFD曲线参数估计法和FDS场模拟对室内温度变化预测的可靠性; 通过偏差均方根比较了这两种预测方法对室内最高温度预测的可靠性.结果表明,BFD曲线参数估计法对轰燃发生时的室内温度变化的预测结果接近火灾实际情况(平均相关系数为0.920 1),但对未发生轰燃时的预测的可靠性较差(相关系数为0.313 8).通过两种不同网格密度(网格大小分别为0.13 m3和0.053 m3,总网格数分别为45 000和360 000)的FDS场模拟发现,采用细网格时FDS场模拟对温度变化的预测的可靠性较好(相关系数为0.881 8).轰燃发生和未发生两种条件下,FDS场模拟对室内最高温度的预测能力都优于BFD曲线参数估计法,而网格加密对提高FDS场模拟预测能力的影响不明显.通过对火灾时房间内温度预测的比较,可得到不同模型对轰燃发生时间和强度预测的可靠性,这对建筑结构安全和人员逃生具有重要意义.     

狭长地下受限空间火灾分区形成的试验研究

通过狭长地下受限空间的火灾模拟试验,研究O#柴油在不同空间尺度形成的火灾分区现象.分析柴油燃烧时狭长地下受限空间火灾分区现象形成的判断依据、条件、时间,惰化区氧气耗量与空间容积的关系,惰化区氧气体积分数、烟气温度随时间的变化.结果表明.燃料量、空间尺度和燃烧表面积是影响狭长地下受限空间火灾分区形成的主要因素;分区现象形成的判断依据为惰化区氧气体积分数≤16%;分区现象形成的条件为火焰区容积热强度≥720 kW·m-3.这对地下受限空间火灾的防治和其性能化设计具有参考价值.     

室内家具轰燃的实验研究

室内一旦发生火灾 ,轰燃出现之快慢是人们在有限的逃生时间和有限逃生能力下能否安全逃脱灾难的关键因素。笔者对室内典型家具的轰燃现象进行了实验研究 ,利用实验方法成功地观测到室内家具轰燃的全过程。介绍了轰燃实验的设计方法、实验的测量方法。大量的建筑室内家具轰燃实验 ,仍很难给出室内家具材质的轰燃准则和判别条件 ,对此应进一步开展研究工作。     

飞机货舱轰燃规律的试验研究

为研究飞机货舱火灾发展至轰燃的内在规律，在1/4体积标准飞机货舱内开展了一系列火灾轰燃试验。以单壁瓦楞纸箱被引燃作为轰燃发生的判据，研究了油盘尺寸和燃料种类对轰燃的影响，通过对货舱上部热烟气层平均温度、地板所受辐射热通量、燃料热释放速率及烟气体积分数的分析，探讨了轰燃发生的临界条件和表现形式。结果表明：油盘尺寸的增大提高了轰燃发生的可能性和轰燃的剧烈程度，在达到引发轰燃所需的临界油盘尺寸后，继续增大油盘尺寸会使轰燃发生的时间提前；引发飞机货舱轰燃所需的临界条件为，上部热烟气层平均温度达到456℃,地板所受辐射热通量达到14.3 kW/m²;此外，通过对轰燃所需的临界油盘尺寸与燃料热物性参数的拟合，发现轰燃所需的临界油盘尺寸正比于燃料的蒸发热，反比于燃料的燃烧热。     

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...