非稳态火源热释放速率等效合成模型研究

火源热释放速率的设定直接关系到火灾数值模拟与仿真的准确性.为研究多火源作用下的火灾热释放速率,通过对非稳态火源引起火灾的火势蔓延情况进行迭代分析,结合热辐射点燃机理,对单一火源引发其他可燃物共同燃烧的火灾建立了热释放速率等效合成模型,并通过对某型飞机客舱ULD内货物进行实例分析来加以验证.结果表明,等效合成模型的最大热释放速率受初始火源位置、可燃物的燃烧特性及其摆放位置的共同影响.     

西藏高原地区浮力羽流温升特性研究

通过在拉萨对不同尺寸的三种油池火试样分别进行试验,获取了柴油在相当于平原地区64%大气压力和氧浓度条件下不同工况下不同位置处羽流中心线温度的实时变化情况等原始数据,计算了不同尺寸油池火的热释放速率,分析了低氧低压环境下的羽流中心温升特点及原因,并将实验值与经典羽流模型Heskestad模型的计算值进行了比较,分析了传统羽流模型在高原地区的适用性.     

阻塞物对矿井火灾临界风速影响研究

考虑井下巷道内阻塞物对临界风速的影响,通过理论分析得到存在阻碍物时井巷火灾的临界风速计算公式。采用FDS计算流体软件,对不同阻塞比、火源在阻碍物下游/阻碍物上及火源-阻碍物不同间距时的临界风速进行了模拟研究。结果表明:随阻塞比增大临界风速减小;火源在阻碍物上较在阻碍物下游时的临界风速大;随火源-阻碍物距离逐渐变大,临界风速趋于无阻碍时的临界风速。对理论和模拟结果进行了相关系数检验,公式计算与模拟结果之间存在显著相关性。     

隧道火灾纵向通风下羽流触顶区温度变化研究

根据Boussinesq相似性,利用流体力学基本方程,建立隧道火灾羽流三维模型,并借助量纲分析方法,推导了触顶区温升公式.在假设的隧道模型下,通过改变火源功率和纵向风速设计了多个算例,利用温升公式进行计算,并与场模拟结果比较,归纳了触顶区温度的变化规律.结果表明,同一火源功率下,触顶区温度随纵向风速增加而降低,并趋于一稳定值,其大小约为最高温度的1/3.还对温降过程中的突变现象进行了分析,讨论了中心低温区及不同羽流对温度的影响.最后对火灾救援的通风策略提出了建议.     

基于Pyrosim的小半径UTLT曲率对火场能见度影响回归模型预测分析

以某UTLT类小半径环道为例,着重探究环道曲率对火源附近能见度影响,并预测其回归模型;首先基于Pyrosim模拟不同曲率火场能见度变化情况,并通过SPSS软件对模拟数据进行多元回归分析,最终得出小半径UTLT环道曲率对火源附近能见度影响预测模型。通过对模拟数据及预测回归模型进行分析与检验表明,预测模型可行且曲率与小半径环道能见度呈负相关性,研究结果可为UTLT类小半径环道防排烟设计及人员快速疏散提供理论指导,同时可为类似曲线隧道通风及曲率设计提供参考。     

铁路隧道火灾拱顶附近最高温度预测模型研究

隧道拱顶下方最高温度是结构防火设计中的一个重要参数,对不同火灾工况下隧道拱顶附近最高温度的变化规律进行数值模拟研究。对比分析网格尺寸对火灾模拟结果的影响,结果显示当网格尺寸为0.1D*时模拟结果比较准确。分析了不同纵向通风风速、不同火源热释放速率及不同火源面到拱顶距离的情况下Kurioka最高温度模型的有效性,得出Kurioka最高温度模型在通风风速较小或不通风情况下是失效的。最后,对模型进行修正,给出一个具有广泛应用的隧道拱顶附近最高温度预测模型。     

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。     

横向电缆火灾试验与区域模型数值模拟

基于自然通风条件下受限空间内的横向1、2、3和4层电缆燃烧试验,验证双区域模型模拟横向电缆火灾动力学过程的可靠性。首先,根据横向电缆火灾试验中测量的室内温度场的变化,证明横向电缆火灾过程基本符合双区域模型假设。然后,比较区域模型预测值与试验测量值,得到了区域模型预测的误差范围为0.004~0.169。研究表明,双区域模型能够可靠地模拟室内横向多层电缆火灾过程。此外,基于间隔0.15 m的4层电缆的燃烧,研究了区域模型火源设置(即设置1个火源和设置4个火源)对模拟结果的影响,结果表明,设置为1个火源得到的最大误差达31.1%,而设置为4个火源的模拟结果相对更加可靠,其误差不超过6%。因此,对横向多层电缆火灾过程的区域模型预测,建议将每层电缆设置为单个火源。     

城市公路隧道火灾近火源区长度的研究

为对近火源区长度进行研究,以城市公路隧道为研究对象,采用理论分析与数值模型相结合的方法,探究了大火源功率、有效顶棚高度和火源横向位置对近火源区长度的影响,对36个工况的数值模拟和温度场变化规律的研究与分析。结果表明:火焰未撞击顶棚时,火源功率对近火源区长度几乎没有影响;当火焰持续撞击顶棚并形成水平扩展火焰时,近火源区长度受火源功率和有效顶棚高度影响较大,其无量纲形式与无量纲火源功率的2/3次方呈线性关系;随着火源与侧壁距离的减小,近火源区长度呈自然指数增加趋势;火源贴壁时,近火源区长度是火源位于隧道中部时的1.866倍;提出了近火源区长度预测模型,基本揭示了烟气由过渡阶段转入一维蔓延阶段起始位置的变化规律,能够为定量研究各阶段烟气流动特性提供参考依据。     

夏季大空间内火灾机械排烟效率的研究

采用全尺寸实验对夏季大空间内火灾机械排烟的效率进行了研究.实验过程中主要测量了火源功率和大空间内的烟气温度两个参数.通过分析大空间内烟气温度的分布规律,得到了机械排烟控制下不同火源功率的大空间内稳定的烟气层高度.根据Heskestad羽流模型计算了烟气生成速率,与机械排烟速率比较得到了夏季大空间内火灾机械排烟的效率.实验结果表明,在夏季大空间中,当火源功率不是很大时,大空间内外的温差使得外界补充进来的空气和火灾生成的烟气更加容易发生掺混,导致机械排烟的效率大大降低;按照规范规定的6次换气率进行排烟,在实验的300～1 000 kW的火源功率范围内,夏季大空间内火灾机械排烟的效率约为30%.火源功率的增大,在一定程度上削弱了空气与烟气的掺混,机械排烟的效率略有提高,但是提高的效果并不是很明显.     

浮力羽流低风速的多点实时测量

作者发展了一种浮力羽流低风速的多点实时测量技术。测头端部安装耐热玻璃小球,直径0.8mm,球内装有热电偶和加热电阻丝,测头将风速转换为热电偶的电势。每支测头必须经过专用校准热风洞的单支校验。使用巡回检测系统记录多个测头的电位,得到流场各点风速的统计平均值,实现了低风速场的多点实时测量。本测量系统对火灾科学、环境科学和气象学的实验研究和实地观测是很有用的测量技术。     

Calculating concentration contour co-ordinates using integral plume models

A mathematical model is proposed which allows the prediction of the contour, for a given concentration, of a plume caused by a release into the atmosphere of substances either heavier or lighter than air. The application of the model to different cases has given results close to those obtained from other models. Its introduction into the computer code of any dispersion model provides a tool useful in risk analysis and environmental assessment.     

重烟羽扩散的风洞模拟实验研究

介绍利用风洞研究重气烟羽扩散特征以及围墙和树对其影响.实验使用的源是地面上的圆形面源.通过实验,提出了基于"变形源"假设的重气烟羽扩散物理过程;发现围墙在低Froude数下对重气烟羽有阻挡作用,而树对重气没有阻挡作用,但对"变形源"的形状有影响;从对危险气体的防护角度看,对测量范围的围墙外,围墙的防护效果明显,而围墙外加树与否影响不大.     

喷淋与火羽流相互作用的数值模拟

采用CFD软件FDS,对小室木垛火灾在喷淋情况下火羽流与喷淋的相互作用进行了数值模拟分析,重点比较了喷淋压力分别为0.05 MPa、0.1 MPa、0.2 MPa和无喷淋情况下木垛火源热释放速率的变化以及火羽流附近几个关键点的温度变化.结果表明,对于热释放速率为0.5 MW的木垛火源,压力为0.05 MPa和0.1 MPa的喷淋液滴无法穿透火羽流到达火源,对热释放速率影响很小;而压力为0.2 MPa的喷淋液滴则可穿透火羽流.在火源中心线竖向高度上,存在着喷淋与羽流相互作用的临界面.在临界面以上,温度沿竖向高度降低,喷淋动量大于羽流动量; 在临界面以下,温度沿竖向高度升高,羽流动量大于喷淋动量.在火源邻近位置的不同竖向高度上,存在着温度转折点.在转折点以下,温度沿竖向高度几乎不变或变化很小;在转折点以上,温度沿竖向高度升高.     

一种基于视频图像相关性的火灾火焰识别方法

由于火焰燃烧时气体羽流的卷吸特性和空气流动的影响,燃烧的火焰表现出不停的振荡特性,基于这种振荡性提出利用图像的相关性来探测火灾的发生.火灾视觉特征的提取是视觉火灾探测的重要问题,首先确定运动区域,再利用火焰振荡特性提出了相关性算法,并分析了R、G、B 3种分量对相关性的影响.实验结果表明利用相关性来分析时,火焰的相关性系数图是剧烈振荡的,而非火焰的相关性系数图是相对比较平坦的,为可视化火灾探测系统提供了一种有效的判据;R、G、B对相关性的影响是一致的,在实际应用中只需利用其中的1个分量即可,可有效提高火灾探测系统的响应时间.     

高原山区城市重气泄漏扩散的风洞试验研究

进行重气泄漏扩散环境风洞试验,研究高原山区城市中重气泄漏扩散规律.结果表明,高原山区城市重气泄漏扩散存在1个危险风速,该风速下环境中重气浓度达到最大值,同时黏滞系数也达到最大值.通过多项式拟合可求出危险风速.当地年平均风速条件下,重气浓度随下风距离增加而减小,而在排放源下风向500 m外,随着距离的增加,重气浓度的变化趋缓;重气浓度在横风向上呈偏态分布;在垂直方向上随着高度的增加而减小,而高度超过20 m后重气浓度随高度的变化较小.     

Experimental and numerical study of CO2 plume diffusion in a confined space

In this paper, heavy gas diffusion in a confined space has been investigated. The effects of barrier and source intensity on CO₂ diffusion are explored by the small-scale experiments and computational fluid dynamics (CFD) methods. Six different turbulence models are selected to predict the gas concentrations. By comparing these experimental values with the simulated ones, it is found that all models can effectively predict the concentration variation with time, and SST k-ω model is most close to the ideal model compared with others. Three source-barrier distances and three CO₂ flow rates have been set up for the study. In this confined space, the main flow is concentrated in the region near the ground. The existence of barriers in the space will have a dilution effect on the high-concentration plume near the ground of the near-source area and a barrier effect on the low-concentration plume in the far-source area. The changes in source intensity have notable impact on the gas concentrations. This study can provide an experimental basis for the risk assessment in the confined spaces, as well as an experimental and data reference for large-scale CFD simulations.