纸面石膏板受热痕迹的数值重构研究

利用锥形量热仪实验测定了纸面石膏板暴露在不同辐射热通量、不同暴露时间下的烧损程度,基于火灾烈度理论对实验数据进行拟合,建立石膏板受热痕迹的半经验模型。通过修改FDS(Fire Dynamics Simulator)的源代码,将模型嵌入到软件中,与自身功能相结合,实现重现石膏板受热痕迹的功能。同时进行了石膏板受热痕迹的实体实验,研究了不同油盘面积、受热时间和相对位置对石膏板受热痕迹形成过程和结果的影响。利用增加了新功能的FDS软件对实体实验进行了数值重构,对比实验和模拟的结果,证明了该模型可用于石膏板受热痕迹的重现。该技术完善了火灾的数值重构技术,作为火灾调查的一种新兴的技术手段,对于完善事故调查的证据链,辅助火灾调查工作具有重要意义。     

基于炭化痕迹的火灾数值重构及应用

利用试验方法建立了炭化痕迹的数学模型,与火灾流体动力学软件FDS相耦合,实现对炭化痕迹的再现,同时,进行了较为接近真实火灾的火灾场景试验,并用新编译的FDS软件对试验进行重构。结果表明:火势发展变化趋势基本一致;起火后,火场热释放速率迅速上升,100 s左右达到约2750 kW,随后开始下降,直至434 s降到700kW左右,与火势进程基本吻合;试验得到的密度板炭化痕迹未被烧损的区域(横向30.2~86.8 cm、纵向0~18.6 cm)略小于重构得到的密度板炭化痕迹未被烧损的区域(横向33.4~91.6 cm、纵向0~18.9cm),但分布规律基本一致,验证了新编译的FDS软件的有效性。将该软件应用于消防工作,不仅可以作为一种定量方法来描述炭化痕迹的形成过程,还可以通过火场中的炭化痕迹来反推起火点位置,辅助火灾调查工作。     

基于FDS的壁面烟熏图痕试验及重构研究

根据烟气颗粒在壁面上黏附的机理和影响因素,先建立烟熏图痕形成的半物理模型,再将其与火灾流体模拟软件FDS相耦合,后编译出可以重现烟熏图痕的FDS可执行程序;同时进行了壁面烟熏图痕的实体试验,分析了燃烧时间、火源位置、燃料种类对烟熏图痕形成的影响;而且利用重新编译的FDS程序对实体试验进行了数值重构,对比讨论了实体试验结果与模拟结果。结果表明,嵌入了烟熏半物理模型的程序能较好地重构出试验得到的烟熏图痕,证明了该模型是有效的,可以用于烟熏痕迹的预测。该技术弥补了现有软件的不足,进一步完善了数值重构技术,可以辅助火灾调查工作。     

数值模拟方法在壁面烧损痕迹的应用

本文作者对FDS源程序进行了改进,并利用改进后程序计算火灾过程中壁面热解形成图痕,作为火灾调查的方法之一,初步分析壁面烧损痕迹发展特征。该方法可以根据火灾场景、壁面材料、起火点功率的不同计算研究壁面燃烧痕迹形成规律,并提出使用该方法对火灾调查提供理论依据的可行性和重大意义。     

室内火灾中外部燃烧现象的数值模拟

外部燃烧是室内火灾中火焰随烟气流出窗户并在窗户外燃烧的现象。外部燃烧会造成火势从初始着火的房间向其他房间或楼层蔓延,具有很大的危害性。本文应用美国国家标准技术局（NIST）开发的FDS程序,对外部燃烧现象进行了研究。首先对Bullen和Thomas的实验进行数值模拟,用以验证FDS对外部燃烧现象的模拟效果。在相近的燃料过量因子的条件下,计算得到的外部燃烧羽流的温度分布结果、外部燃烧火焰的高度和火焰距离窗户所在壁面的水平距离与Bullen和Thomas的实验结果符合得较好。之后,研究了不同窗户大小和不同燃料消耗率对外部燃烧的影响。最后,发现当燃料消耗率足够大致使室内燃料过量因子接近1时,室内火焰将会熄灭,燃料流出窗户形成的外部燃烧火焰会被拉长,火焰肾贴窗户外的壁面向上燃烧。     

不同边沿高度油池火燃烧行为的实验和数值模拟研究

采用实验和FDS数值模拟相结合的方法,探讨了边沿高度对油池火燃烧特性的影响。在实验部分,研究了燃烧速率和表观火焰高度随边沿高度的变化趋势,并分别分析了各个阶段的热反馈机制。在实验获得不同尺度、边沿高度正庚烷油池火燃烧速率的前提下,建立相应尺度的不同边沿高度油池火的Fire Dynamics Simulator(FDS)计算模型以针对火焰高度进行了数值模拟研究,分析了实际火焰高度、火焰下探高度随边沿高度的变化趋势,并提出了相关的无量纲拟合式。     

电缆燃烧试验新旧标准的火灾动力学仿真对比分析

为了研究国家标准的变化对成束电缆燃烧试验的影响,使用FDS软件进行电缆燃烧性能的火灾动力学模拟研究。对新旧国家标准进行燃烧模拟,比较分析箱体温度、热释放速率（HRR）、电缆前后表面温度和烟密度仿真结果,考察新旧国家标准间的差异因素对燃烧的动力学过程的影响,根据模拟结果探讨新国家标准下电缆通过燃烧试验的难易程度和电缆的优化设计。研究结果表明:新标准对炭化高度要求更严格,故在保证电缆机械强度的前提下,为达到新标准中的B1级阻燃等级,应在旧标准A类阻燃的基础上增加电缆的阻燃效果,特别需要抑制火焰在电缆表面垂直蔓延的能力。     

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.     

含水率及燃烧性能等级对中密度纤维板点燃行为及安全性能影响的研究

采用锥形量热仪,在不同辐射热流强度下,对三种燃烧性能等级(B级、C级和非阻燃)的中密度纤维板在不同相对湿度(0%、50%和98%)形成的含水率条件下进行了辐射引燃实验,测得点燃时间和热释放速率等参数。利用点燃理论中热厚型积分模型,推导了不同含水率不同燃烧性能等级(防火等级)纤维板的临界辐射热通量。通过对比发现,点燃时间随着板材含水率的增加而明显增大,而临界辐射热通量则几乎不受环境相对湿度(即含水率)的影响。添加阻燃剂可延长点燃时间,使板材临界辐射热通量增加,并能有效地降低纤维板材燃烧时的热释放速率。阻燃纤维板的临界辐射热通量要明显高于非阻燃纤维板,但是阻燃纤维板材之间相比,临界辐射热通量差别不大。因而,从本质安全的角度对材料的安全性进行评价,不能将临界辐射热通量作为单一的标准,必须综合多个参数进行全面评价。     

酒精在常见可燃地面材料燃烧痕迹特征规律研究

易燃液体燃烧痕迹识别对助燃剂放火火灾调查至关重要。选用丙纶地毯和PVC地板革作为纤维和塑料地板的代表,以工业酒精作为易挥发助燃剂的代表,研究酒精用量、灭火方式等对燃烧痕迹形成及痕迹稳定性的影响。通过与未加载酒精的痕迹对比,发现丙纶地毯因热稳定性较差,燃烧后往往能形成烧坑或烧洞,其燃烧轮廓以典型的灰化形式存在,加载酒精的部位熔融严重,与地面紧紧粘连在一起;PVC地板革因为表面光滑,酒精在其表面不断流淌,燃烧后会留下清晰的轮廓,类似于细线状的印痕,而地板革本身基本不会燃烧。燃烧熄灭的方式也会对其炭化程度、燃烧图痕、残余形状产生影响。     

人造板加工中质量安全控制仿真技术的研究

根据实验室加工人造板的情况,针对人造板的工艺加工过程中温度和压力的控制模型难以建立的问题,运用模糊判别与神经网络技术相结合,通过神经网络实现模糊逻辑,同时利用神经网络的自学习能力,动态调整隶属函数,采用反向传播算法和最小二乘法的混合算法,设计基于模糊神经网络技术的仿真模型,根据输入输出数据自适应调节隶属度函数的各种参数,从而调整隶属度函数的形状,保持规则的完整性,避免出现人为规则空档,使该模型具有较高的精度,并用未经训练的数据进行模型验证,得到较理想的工艺数据效果仿真模型。该模型有利于人造板加工过程的优化控制,为提高人造板质量与产量提供可参考的优化工艺。     

可燃装修材料的燃烧温度场数值模拟分析

为研究室内可燃装修材料的耐高温及燃烧特性,该文用火灾动力学模拟软件Fire DynamicSimulator(FDS)对火灾实际场景的温度场进行数值模拟分析。对热释放速率曲线进行拟合分析,发现火灾发展初期是由一个慢速增长火和一个超快速增长火两个阶段组成。比较温度场的模拟结果与实际场景的燃烧图痕,得出火场温度的快速升高源于可燃材料的热释放速率和燃料消耗速率快速增加。同时分析了火场中一氧化碳、二氧化碳等有害气体的浓度与燃烧温度场的变化规律,为选择合适的室内装饰材料提供有效的数值参考。     

贴面工艺对合成板材燃烧性能的影响

天然木材资源短缺,导致近年来合成板材使用量大大增加,为了了解不同贴面工艺对合成板材燃烧性能的影响。基于锥形量热仪法评定3种经过表面处理的合成板材（胶合板、中密度纤维板、刨花板）,探究表面处理技术对合成板材燃烧性能的影响。研究结果表明:贴薄木片与贴浸渍纸技术明显降低了胶合板的火灾危险性;贴薄木片技术明显降低了中密度板的火灾危险性;贴浸渍纸增加了刨花板与中密度板的火灾危险性。     

Evaluation of CFD simulations of transient pool fire burning rates

Fire is the most commonly occurring major accident hazard in the chemical and process industries, with industry accident statistics highlighting the liquid pool fire as the most frequent fire event. Modelling of such phenomena feeds heavily into industry risk assessment and consequence analyses. Traditional simple empirical equations cannot account for the full range of factors influencing pool fire behaviour or increasingly complex plant design. The use of Computational Fluid Dynamics (CFD) modelling enables a greater understanding of pool fire behaviour to be gained numerically and provides the capability to deal with complex scenarios.This paper presents an evaluation of the Fire Dynamics Simulator (FDS) for predictive modelling of liquid pool fire burning rates. Specifically, the work examines the ability of the model to predict temporal variations in the burning rate of open atmosphere pool fires. Fires ranging from 0.4 to 4 m in diameter, involving ethanol and a range of liquid hydrocarbons as fuels, are considered and comparisons of predicted fuel mass loss rates are compared to experimental measurements.The results show that the liquid pyrolysis sub-model in FDS gives consistent model performance for fully predictive modelling of liquid pool fire burning rates, particularly during quasi-steady burning. However, the model falls short of predicting the subtleties associated with each phase of the transient burning process, failing to reliably predict fuel mass loss rates during fire growth and extinction. The results suggest a range of model modifications which could lead to improved prediction of the transient fire growth and extinction phases of burning for liquid pool fires, specifically, investigation of: ignition modelling techniques for high boiling temperature liquid fuels; a combustion regime combining both infinite and finite-rate chemistry; a solution method which accounts for two- or three-dimensional heat conduction effects in the liquid-phase; alternative surrogate fuel compositions for multi-component hydrocarbon fuels; and modification of the solution procedure used at the liquid-gas interface during fire extinction.     

挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料着火温度实验研究

研究了挤塑型聚苯乙烯(XPS)保温材料两种不同着火方式下的着火温度。采用南京江宁仪器分析厂生产的DW-02型点着温度测定仪对XPS的着火温度进行了测定。利用辐射引燃仪得到了2.2 cm厚挤塑型保温板在不同加热功率下的着火温度。结果表明:DW-02型点着温度测定仪测得的挤塑型聚苯乙烯保温材料的点燃温度约为355℃;热辐射引燃仪测得的2.2 cm厚保温板在不同加热功率下的着火温度是365-370℃,且引燃时间随着辐射引燃仪加热功率的增大而逐渐缩短;明火火源比热流辐射容易引燃挤塑型聚苯乙烯保温板。研究结论对FDS模拟挤塑型聚苯乙烯燃烧特性时,材料热解参数的设定有指引作用,对实际工程中遴选合适的外墙保温材料具有重要的参考价值。