森林火行为的分级或分类标准的研究

本文根据多年来我国森林火行为的野外和室内试验研究以及实际火场的观测研究成果，并参考国外（美、加、苏、澳等国）的森林火行为的分级或分类标准，进行了适用于我国的森林火行为的分级或分类标准的研究。在制定森林火行为的分级或分类标准时，充分考虑了分级或分类标准的科学性和实用性。文中列出了森林火蔓延速度分级表、森林火强度分级表以及森林火行为综合分类表等。     

森林地表火行为估算的数学模型

本文在大量室内林火室验的基础上，通过参考ＢＥＨＡＶＥ程序中的数学模型，提出了一整套估算地表火火行为特征量的表达式。为保证求解火蔓延速度的更合理性和具有较高的精度，将风速和坡度对火蔓延速度的影响，采用了矢量叠加的方法进行修正。在假设火场为椭圆面来估算火场状况时，不但考虑了风速对火场形状的影响，还引入折合风达的概念，通过将坡度对火场的作用折合成相应的风速值来修正坡度的影响，与大兴安岭野外试验的结果对比表明，本数学模型定量合理。     

木材表面火蔓延特性的动态测量研究

通过模拟实验,对不同工况下木材表面的火蔓延特性进行了动态测量研究。首先应用火焰结构显示技术连续观察和记录了木材表面的火蔓延行为和火焰的热结构;其次,利用温度示踪技术对火蔓延过程进行了动态观测,进而获取了在不同条件下的火蔓延速度并分析讨论了木材表面火蔓延的机理。     

树冠火蔓延模型和数值分析

本文计及森林多孔性燃烧床含水量和有机物含量，以及渗流气体的受热膨胀和质量源，建立了树冠火蔓延的一维物理模型，给出火蔓延的控制方程组和定解条件。通过数值分析，得到树冠火蔓延速度特性曲线，研究水份蒸发和有机物热解对树冠火蔓延速度的影响。     

森林地表火蔓延边界预测预报图形显示系统

地表火蔓延状况的预测预报是森林防火灭火工作中的一项重要技术。目前，国外在预测火场扩展边界的形状及分布时采用了火场椭圆面假设，当可燃物、地形或气象条件复杂变化时，预测结果偏差较大。本文从地表火蔓延的本质入手，建立起确定复杂地形、气象条件和可燃物分布情形下的火蔓延边界的数学模型，并借助于现代软件编制技术，成功地编制出预测预报地表火蔓延边界的图形显示系统，率先实现了对任意情形下火蔓延边界的合理、准确的估算。     

由航空影像及DTM测量林火行为的数学模型与方法

本文研究了由航空影像结合数字地面模型（ＤＴＭ）进行森林地表火行为测量的理论与方法提出了利用单像航空影像进行林火蔓延速度，火焰高度，火场面积，周边界长测量的数学模型及图象处理方法，讨论了这些模型在实际应用中应注意的问题，为实时监控森林火灾提供了数学模型与理论基础。     

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。     

静止环境中可燃固体表面火蔓延特性的实验研究

本文通过模拟实验方法研究静止环境下可燃固体材料表面的火蔓延特性,应用火焰结构显示技术连续观察和记录了固体可燃物表面火蔓延的火行为,并利用温度示踪技术连续考察和分析了固体可燃物表面的火蔓延过程,同时研究分析了燃烧试样类型对火蔓延速率的影响,所得结查物理上合理。     

典型聚合物材料平行双板水平火蔓延规律研究

为了研究固体可燃物多火焰火蔓延规律及传热控制机理,开展了竖向水平排列的PMMA单一平板和平行双板火蔓延规律研究。基于水平火蔓延实验台,考虑平板尺寸、平行双板的竖直间距两个主要因素,分析此类条件下的火蔓延速度、火焰高度和火焰宽度等参数。实验研究发现,PMMA板水平火蔓延过程中,热解前锋呈V型,预热区长度随平板间距的增大先增大后减小。平行双板工况下,在研究考虑的间距范围内火焰始终保持合并,火蔓延速度、火焰高度及宽度明显大于单一平板,且均随间距的增加先增大后减小,三者峰值出现的位置与样件尺寸有关。上层PMMA板上下表面的辐射热流随间距的变化规律与火蔓延速度变化规律一致,因此推断辐射作用在平行双板水平火蔓延中起到主导作用。     

木材在不同放置角度下火蔓延特性的实验研究

选用厚度为2 mm与3 mm的木材,研究了可碳化固体可燃物在静止氛围中不同角度下的火蔓延特性.研究表明,在不同角度范围内火蔓延经历着熄灭、稳定燃烧、加速燃烧以及快速燃烧等变化过程.对两种厚度的木材火蔓延行为对比分析发现,在自然对流条件下,两种厚度木材的火蔓延极限角度分别为-5°,5°.另外,研究了试样上下表面火焰参数与火蔓延速度之间的关系.在10°＜α＜60°范围内,火蔓延速度计算值与实验值能较好拟合.     

基于FDS的风速对矿井火灾蔓延规律的影响研究

为研究不同风速与火源功率共同作用下矿井火灾蔓延规律的变化,以安源煤矿378工作面为研究对象,建立FDS矿井巷道火灾全尺寸模型,设置火源功率分别为3,6 MW,风速分别为0.25,1.25,2.25,3.25 m/s的8种工况。研究结果表明：相同风速下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随火源功率增大而升高,巷道内能见度随火源功率增大而降低,且火源功率越大,能见度降到零的火灾区域越大;相同火源功率下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随着风速增加而升高,能见度随风速增加而降低;火灾蔓延速率与风速成正比,风速的增大加速下风向火灾的发展,但会减缓上风向火势的蔓延。     

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。     

侧向风速作用下聚氨酯泡沫双火源火蔓延研究

为探究环境风作用下逆向双点火源聚氨酯泡沫火蔓延及融合行为,开展多组对照实验并从材料传热机理角度分析侧向风速对火蔓延行为中火羽流形态、质量损失和辐射热流场等特征参数的影响。结果表明:风速与上述参数之间存在非线性关系。环境风效应使火焰被拉长且敷贴于预热区表面,增大预热区面积和热反馈;侧向风速的增加对FPU板材质量损失的影响逐渐弱化,且板材的熔滴率与风速呈正相关;无论侧向风是否存在,两侧逆向火焰融合后均达到整个蔓延过程中的峰值温度;风速的存在限制了火焰温度与辐射热通量峰值,也缩短了温度和辐射峰值出现的时间。     

树冠火对输油站热辐射影响的数值模拟研究

树冠火是森林火灾的一种,在森林的树冠层燃烧和蔓延,主要由地表火在强风作用下引起.树冠火很少发生,约占森林火灾的5％,但其燃烧温度高、热释放速率大、蔓延速度快,对周围物体的破坏性极大.处在森林地区的输油站面临着树冠火带来的潜在风险.火灾产生的热辐射极有可能导致输油站内人员伤亡,设备遭到破坏.通过确定树冠火热释放速率、火灾发生位置及环境参数来设计火灾场景,采用火灾动力学场模拟软件FDS,模拟分析树冠火对输油站的热辐射影响.结果表明,由于无法采用地面扑救,防火隔离带是应对树冠火威胁的有效措施;当防火隔离带达到一定间距时,有风条件下与无风条件相比目标物体不会接收到更多的热辐射;防火隔离带设置为坡面形式,可以增加其表面积,从而吸收更多的热辐射.     

山地火蔓延过程的三维模拟

本文以林火蔓延的模型为基础,运用OpenGL图形渲染的技术,考虑实时的地形坡度和风向,动态的显示实时火场边界,通过巧妙地将林火蔓延模型转变为计算机中的数据结构,结合粒子系统,在计算机上三维模拟重现了由单个火源引发的林火蔓延过程。这对于林火的辅助应急决策,有效地组织扑救,减少火灾损失,计算火灾引起的损失评估具有重要意义。     

大空间公用建筑火灾积木式多功能火蔓延特性实验台的研制

针对大空间公用建筑火灾火蔓延的特点,在积木式设计原理的指导下,完成了大空间公用建筑火灾积木式多功能火蔓延实验台的建造,并对变换火蔓延实验方式的组合拼接方法给予了详细说明。     

不同隧道坡度与车厢火灾位置情况下烟气蔓延特性研究*

为研究含坡度隧道不同火源位置情况下车厢火灾烟气蔓延特性,采用CFD数值模拟方法,建立全尺寸地铁隧道与列车数值模型,研究车厢不同火源位置情况下火灾烟气纵向温度分布规律,探讨倾斜隧道车厢火源位置对烟气蔓延的影响。研究结果表明:当火灾烟气蔓延处于纵向通风惯性力与热浮力竞争作用控制阶段时,火源位于车厢上游方向时火灾烟气向车厢方向蔓延距离小于火源位于车厢下游方向情况,且随坡度增大,火源位于车厢上游方向烟气逆流长度不断减小,位于下游方向烟气逆流长度不断增大;当纵向通风风速达到2 m/s时,火源位于车厢上下游方向2种情况下,列车车厢方向均无烟气蔓延（逆流长度为0）,此时火灾烟气蔓延将主要由纵向通风控制,隧道坡度无显著影响。     

森林火灾灾情快速预判模型

为在火灾发生时进行灾情的快速评估,为消防决策提供参考,提出一种简化的林火蔓延模型。通过遥感影像,获取火灾首日燃火点和火场边界,利用风向、风速和USDA蔓延模型数据库中对应植被类型的蔓延速度,进行林火蔓延计算,预判无干扰状态下的林火蔓延范围,以达到灾情快速预判的目的。通过2006年黑龙江省和2009年中蒙边境特大森林草原火灾案例的分析,结合运用卫星遥感图像对逐天火迹和火点解译的结果,验证该模型的可靠性及适用性。研究结果表明,基于实时遥感影像与气象预报信息,运用简化的林火蔓延模型,并结合林火宏观扩散的特征,能够对火灾灾情的发展进行快速研判。     

盾构铁路隧道坡度对火灾烟气蔓延的影响研究*

为研究坡度隧道内列车阻滞后的火灾烟气蔓延行为，利用火灾动力学模拟软件（FDS）建立盾构铁路隧道火灾模型和CRH6高速列车阻滞模型，隧道坡度分别为0%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，通过分析隧道内烟气、温度、能见度等特征参数的变化规律，研究坡度隧道内高温烟气的受力情况，探讨坡度变化对火灾烟气蔓延的作用机理。结果表明，坡度隧道内发生火灾，随着烟气的蔓延，隧道内形成沿坡度方向的烟囱效应力，使得烟气在火源两侧呈不对称分布。火源下游区域的高温烟气在火风压和烟囱效应的协同作用下蔓延速度比上游更快，下游烟气层分界中性面与隧道轴线平行，上游烟气层分界中性面呈现水平状态。有坡度的铁路隧道内发生火灾，建议向火源下游方向施加纵向机械通风，人员向火源的上游方向疏散逃生更安全。     

基于计算机图形技术的林火蔓延模型

目前用于模拟林火蔓延的模型主要是相邻单元模型和波传播模型,他们的优缺点具有明显的互补性.本文基于计算机图形技术,考虑已有模型的优点,设计了一个新的蔓延模型.本文介绍了新模型的设计方案与实现方法,以及影射变换,拓扑关系的解决方案.研究了它们的优缺点以及火线的失真等问题.通过理论分析和案例研究,新模型大大改进了林火蔓延的计算机模拟过程,因此本模型可不受地理环境和火行为复杂性的限制,提供林火发展的实时全景图象.