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。     

水雾荷电脱除PM_(2.5)影响因素试验研究

为解决PM_(2. 5)难以脱除的问题,设计并开展正交试验以研究水雾荷电特性及含尘气流风速对PM_(2. 5)脱除效率的影响。采用线性回归分析方法处理数据,分析气液两相荷电水雾脱除PM_(2. 5)的特性,建立PM_(2. 5)脱除效率回归模型。结果表明:所建回归模型是有效的,应用回归模型可以预测PM_(2. 5)脱除效率;当荷电电压x1为12 kV、电极间距为15 mm、电极环直径x3为60 mm、气液比x_4为1. 5、喷嘴直径x_5为0. 6 mm、含尘气流风速x_6为4 m/s时,PM_(2. 5)脱除效率最优值为97. 26%; PM_(2. 5)脱除效率与x_1、x_2、x_4正相关,与x_3、x_5、x_6负相关,因素近重要程度排序为x_1x_6x_4x_5x_3x_2。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素,利用COMSOL软件对火区进行数值模拟,建立巷道三维模型,得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件,分析火风压作用下,火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律,得出不同因素与临界风速的关系,为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时,巷道入口风速越低,火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部,随着风速增大,向巷道下部蔓延;风速较低时,在火区火风压的作用下,会产生烟流逆退现象,随着风速的增大,逆流层长度和厚度随之减小;巷道入口通风条件不变时,火区温度越高越容易产生烟流的逆退,影响范围越大;巷道高度越高、上行风坡度越小,越易发生逆退现象;不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系,其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象,影响范围较大;火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

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。     

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。     

云南松林燃烧过程中飞火的研究

飞火是高能量火中最复杂、最危险的现象,是在燃烧过程中由火焰热对流带出的未燃尽的木屑、炭块等可燃物,散布在火区外形成新的火点现象。飞火被看成除了传导、对流和辐射之外的第四种热量传递的方式。飞火的出现增加了新的火源,使火场的扩散由连续变成跳跃,大大加快了火灾的蔓延,有时还改变蔓延的方向。以＂3.29＂昆明安宁市森林火灾为研究对象,调查火烧迹地并取样,分析可燃物特征,并对飞火发生的距离进行模拟计算。结果表明,由于云南松林立地干燥,林内可燃物多,连续性好,地形复杂,小气候明显,易发生飞火;引发飞火的可燃物主要是云南松的球果;经验公式和模型计算的飞火距离与实际距离比较接近。     

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。     

变坡度条件下正丁醇定常流淌火非稳态燃烧行为研究*

为探究流淌火在变坡度地面的蔓延特性,丰富火灾研究理论,推进流淌火预防和风险评估的发展,采用1套自制矩形小尺度油槽系统,研究正丁醇变坡度、变泄漏速率情况下溢油定常流淌火的蔓延特性。结果表明:当泄漏速率相同时,坡度越大,正丁醇的加速过程越明显,当坡度从1°上升到4°,正丁醇扩散速率增大了40.8%;不同坡度下,正丁醇的平均火焰高度随泄漏速率的变化均呈现“上升-下降-稳定”趋势;流淌火蔓延过程中脉动方式分为2种:“跳跃-爬行”和“跳跃-爬行-回缩”;当泄漏速率较小时,流淌火蔓延过程中的脉动频率随油槽坡度的增大而增大,当泄漏速率较大时,脉动频率不再随油槽坡度的改变而发生明显趋势变化。     

广西苍梧马尾松林和大叶栎林的火行为比较

马尾松(Pinus massoniana)是中国南方大面积造林的树种,也是抗火能力最弱的树种。研究了广西苍梧11龄马尾松用材林和4龄大叶栎萌芽林在正常冬季和干旱夏季情景下的火行为,用behaveplus计算了火线强度、蔓延速度、树冠火可能性等参数。结果表明,两种林分在干旱夏季的火行为高于在正常冬季的火行为。无论是在正常冬季还是在干旱夏季,都没有出现马尾松可燃物模型的火行为一致高于大叶栎可燃物模型的情况;天气、地形、可燃物床结构对可燃物含水率有很大影响,而含水率是火行为的决定因素。虽然大叶栎被划分为难燃树种,大叶栎萌芽林的火行为高于成年大叶栎乔木林,苍梧大叶栎萌芽林在极端干旱的夏季情景有被火把点燃的可能性。如果将大叶栎萌芽林作为防火林带使用,需要经常清除林下枯枝落叶,割除黑莎草,减少细小可燃物。     

木荷林带阻火性研究

采用锥型量热计和野外火烧试验方法研究木荷林带的阻火能力。锥型量热计采用75kW／m^2辐射强度、外部点燃条件下，测试木荷(Schima superba)与马尾松(Pinus massoniana)落叶的燃烧过程。结果表明，马尾松落叶的热释放速率峰值高(146kW／m^2)，能量释放快。木荷落叶燃烧缓慢且释放热量少。野外火烧试验对室内试验结果进行了验证。火烧前后分别测定木荷林带和马尾松林的可燃物分布，试验火以地表火为主，蔓延速度为2．2m／min，火线强度168～2961kW／m,有些地段由于可燃物较多，发生了树冠火，火焰高度达到8～8．5m，火线强度达24.881～28379kW／m。火烧后林带受害不严重，无树木死亡。试验证明，木荷林带可以有效阻隔地表火和树冠火的蔓延，浓厚树冠层也可以阻挡短距离的飞火。     

火蔓延及发展过程的计算机模拟

本文对火蔓延及发展过程进行了计算机模拟,建立了描述火焰在不结焦可燃物垂直表面向上蔓延过程的数学物理模型,其中考虑了有关的四个分过程,即(1)可燃物未燃部分的预热;(2)火蔓延或热解区前沿的确定;(3)可燃物的热解以及(4)挥发份燃烧放热。在分别建立描述这些分过程模型的基础上,构成了体现几何尺寸和其它有关因素影响的总括模型,其结果与PMMA竖板上的实验结果进行了对比。     

不同坡度隧道火灾自熄现象试验研究

为探究不同坡度的隧道火灾自熄特性,以美国Memorial隧道为原型,应用Froude准则建立1∶20缩尺隧道模型,在自然通风条件下使用甲醇燃料进行隧道火灾试验,通过数据测量系统获取试验中风速、温度和氧气体积分数数据。结果表明:坡度为3%和5%的隧道火灾试验均未出现自熄现象;无坡度和坡度为1%的隧道中,除热释放速率(HRR)为2.8 kW外的试验均发生自熄现象,且HRR越大,自熄时间越短;隧道坡度的存在,使得热烟气在浮力作用下形成烟囱效应,坡度越大,烟囱效应越强;坡度为3%和5%的隧道中由于形成较大纵向风速,因而火焰不能自熄,坡度较小的隧道由于火源附近氧气体积分数下降至最低氧气体积分数以下,因而发生自熄现象。     

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Logistic回归的林缘计划烧除气象条件判别分析

森林火灾是一种破坏性极强的灾害,它与农事活动以及气象条件密切相关,加强其预防与控制具有十分重要的作用和意义。根据2014年~2015年闽东屏南县进行的60次林缘计划烧除试验观测的主要气象要素数据(天晴日数、温度、湿度、风速),建立基于Logistic二元回归的林缘烧除气象条件判别模型进行检验和分析。结果表明,模型判别计划烧除成功与否的预报准确率高(91.7%),主要气象要素对林缘计划烧除成功与否发挥重要作用,其中连续晴天日数为最大影响因子,其次为风速。模型通过检验和验证结果显著,具有预报服务应用价值。     

航空煤油流淌火蔓延特性试验研究

为保证航空燃油储运安全和机场消防安全,设计并搭建航空燃油流淌火试验平台,以航空煤油(JP4)为试验燃料,根据蠕动泵转速选取4种不同泄漏速率,开展航空煤油流淌火试验研究。试验中记录航空煤油流淌火的火焰前沿位置、燃烧面积、蔓延速率等典型特征参数,并对试验过程进行录像,分析典型特征参数的变化。结果显示,航空煤油流淌火的稳定线燃烧速率为3.71×10-5m/s,初始蔓延速率随泄漏速率的增加率约5.5 mm/s。航空煤油流淌火的典型特征参数均与泄漏速率正相关。     

EPS外保温材料火灾蔓延速率的数值模拟与试验研究

根据火灾动力学理论,建立了热塑性外保温材料火蔓延速率模型。该模型对实际燃烧过程做了一定的假设简化,主要考虑了材料厚度和火源位置对材料燃烧发展过程的影响。并提出无量纲参数"耦合燃烧度",用来表征热塑性材料的燃烧壁面与高温熔滴形成的油池火之间相互作用的程度。基于ISO9705全尺寸热释放速率实验室,采用20×20×10 cm3正庚烷油槽火源为火源样式,设计了4种不同的燃烧工况研究EPS外保温材料的火蔓延规律和影响因素。结果表明:其火蔓延速率随时间变化呈指数增长,EPS的火蔓延速率的回归方程通式为Vp(t)=Aexp(Bt),与理论推导方程Vp(t)=φ1exp(φ2t)有较好的相关性。当EPS的厚度为50 mm时,火蔓延速率增幅最小;"耦合燃烧度"越大,火蔓延速率增长越快;"耦合燃烧度"随材料厚度的增加而增大;不同火源位置下,"耦合燃烧度"从大到小为中火、底火、顶火、边角火。理论模型与试验结果有较好的一致性,可以有效预测热塑性外保温材料的火蔓延速率。     

纵向通风隧道内火灾温度场分布规律研究

以狮子洋水下特长隧道为工程背景,利用CFD数值模拟软件FDS 4.01,建立隧道实体物理模型,进行火灾数值模拟分析。研究了列车火灾热释放功率为15 MW、不同坡度、不同纵向通风风速下,该类隧道内拱顶附近和2 m高处温度场的纵向分布规律,以及各工况下拱顶的最高温度,并分析其对隧道结构防火和人员疏散救援的影响。结果表明:随隧道坡度的增大,在同一通风速率下的烟气回流长度逐渐减小,但随着风速的加大,坡度对烟气回流的影响逐渐减弱;随着通风风速的增大,火区附近的温度下降,而沿程温度上升,纵向通风速率越大,拱顶温度越低。     

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。     

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。     

不同隧道坡度下射流风机临界风速研究

为研究隧道坡度对射流风机临界风速的影响,通过理论分析与数值模拟,采用全尺寸隧道模型和5种不同火源功率,考虑0%,±1%,±3%,±5%,±7% 9种不同隧道坡度,研究隧道坡度对射流风机临界风速的影响规律。结果表明:坡度对射流风机临界风速有较大影响。在射流风机与火源纵向间距不小于100 m情况下,即其临界风速与火源纵向间距无关;当上坡时,其临界风速与火源功率的1/3次方成正比,坡度越大,临界风速越小;当下坡时,其临界风速与火源功率的1/3次方成正比,坡度（绝对值）越大,临界风速越大;对数据结果进行拟合,得到上坡与下坡时的射流风机临界风速模型,并与模拟结果取得了较好的一致性。