计算机模拟在火灾科学与工程研究中的应用

计算机模拟技术尤其是场模拟技术是近年来发展完善的高新技术,在许多工程领域和基础研究方面得到广泛应用。但其在大灾科学和工程领域的应用研究刚刚起步。本文在介绍场模拟基本方法的基础上,重点介绍了场模拟方法中大涡模拟技术的基本理论和方法,并将其引入火灾动力学的研究中。列出了火灾动力学大涡模拟的基本方程、湍流模型、燃烧模型和幅射模型。并用此方法模拟了油罐区火灾动力学演化实例,据此可提出更有效的控制和补救措施。 通过利用场模拟方法中的大涡模拟技术研究典型工业重点火灾危险源——油罐区火灾动力学演化实例,可以看出场模拟技术在安全工程领域方面的发展前景。预计它将成为安全工程领域中的安全管理、危险性评估以及安全事故处理决策支持等的有效手段。     

计算机仿真技术应用于奥运场馆火灾安全分析

以奥运场馆旧馆改造项目为背景,利用计算机技术,采用性能化防火分析手段,建立了对奥运场馆进行性能化防火分析的软件系统.该系统采用数值模拟的方法,将火灾场景模拟与结构分析综合为一体,完成了性能化防火分析思想的软件实现,利用该系统模拟了被指定为北京奥运会比赛用馆的某已建体育馆在设定火灾下的火灾场景和结构温度场分布,并对该场馆的火灾安全提出了进一步分析的建议,通过分析结果可以得到网架结构的最危险区域的温度.实例分析表明,该系统功能强大,运行方便,充分体现了计算机仿真技术在建筑防火分析中的优越性.     

基于虚拟现实的建筑火灾模拟系统

提出了将虚拟现实技术应用于建筑火灾模拟的方法,在交互式虚拟环境中实现了基于火灾数值模拟的火灾场景模拟。根据火灾场模拟软件FDS的计算结果,控制虚拟火灾场景中火焰和烟雾的蔓延,使得虚拟场景中火灾的发展接近实际火灾的情况。模拟系统中通过纹理贴图和粒子系统等技术实现了逼真的火灾场景可视化。还介绍了实现灭火作战模拟和训员疏散模拟的技术细节。在以上方法的基础上研制了建筑火灾模拟原型系统,该系统可应用于电子消防预案制作、灭火作战演练、人员疏散演练、建筑性能化防火设计与评估,以及灾害条件下人的疏散行为研究等各个方面。     

高楼火灾自救常识

1.如果失火时在楼下,脱险相对容易,只要弄清出口,一般就能顺利逃离。如果浓烟弥漫,可以匍匐而行,因为越贴近地面浓烟越稀薄,能见度较好,呼吸较容易,有助于脱险。     

真实大空间建筑物火灾场模拟研究

根据一真实火灾调查报告设定了真实大空间建筑物开口情况和材料燃烧性能参数,建立了FDS(Fire Dy-namics Simulator)物理模型。计算了火灾释热速率以及着火大空间烟气的温度场和一氧化碳浓度场的变化。研究结果表明:火灾短时间发生轰燃,随后发生回燃。轰燃是导致大量人员死亡的1个重要原因;回燃没有引起各点烟气的温度和一氧化碳浓度显著的提高,但对各点烟气的温度和一氧化碳浓度的保持起到较大作用。     

大空间建筑内火灾烟气充填的研究

对烟气在大空间建筑内的充填规律作了分析,并在中国科技大学与香港理工大学合建的大空 间火灾实验厅内进行了若干轮试验。结果表明,在着火的初期阶段,大厅上部的烟气流动比较紊 乱,但在以后的大部分时间,烟气的充填过程仍可用火灾区域模拟方法计算。     

建筑物火灾的计算机区域模型

本研究运用区域方法模拟了建筑物火灾的发展过程,采用理论分析和经验公式相结合的方法,开发了火灾工程系统软件,分析求解了防火工程中的参数,该模型可为建筑物防火工程设计提供咨询、评估。     

两类常用森林火灾蔓延模型的比较

简要介绍了两类常用的森林火灾蔓延模型--邻接单元模型和波动传播模型的原理和实现方法.对作为离散模型的邻接单元模型和作为连续模型的波动传播模型的优、缺点作了系统的总结,并分析了它们对系统精度、实时性、复杂性、全局适应性、计算可靠性和整个模拟系统结构性能的影响.通过对比发现,两类模型在性能上的优势和局限有很强的互补性.因此,为了提高蔓延模型的性能,并使其不受火行为和地理要素复杂性的限制,有必要取长补短,通过现有的计算机技术将两者结合起来.     

隧道纵向通风对火灾规模和火灾蔓延的影响

隧道纵向通风一方面会给火源提供大量氧气,扩大火灾规模,增加火灾蔓延的可能性;另一方面又可以带走大量热量,减小火灾蔓延的可能性。目前,这两方面影响的相对重要性还没有被很好地研究。本文对纵向通风对隧道火灾蔓延的影响进行了研究,首先分析了纵向通风对隧道火灾规模的影响,然后利用火灾动力学模拟程序FDS,对不同通风速率及相应火灾规模条件下隧道内车辆间的火灾蔓延进行了数值模拟,得出了不同通风速率条件下火灾蔓延的规律,并提出了控制隧道火灾蔓延的措施。结果表明,增加通风速率能较大地增加货车火灾的热释放速率,当通风速率小于2 m/s时,火灾蔓延的距离随通风速率的增加而增大,当通风速率大于2 m/s时,火灾蔓延的距离受通风速率的影响很小;对于客车火灾,通风对火灾的热释放速率影响较小,并且火灾蔓延的距离随通风速率的增大而减小。     

双火源隧道火灾的临界风速变化规律研究

使用FDS数值模拟的方法研究了双火源隧道火灾的临界风速变化规律,重点研究了纵向风下游火源功率及火源间距对临界风速的影响,并从烟气的能量转化过程分析了临界风速的变化原因。结果表明:在上游火源功率及火源间距确定的条件下,临界风速随下游火源功率增加的变化趋势近似呈线性增长;当火源间距为0时,临界风速均等同于与两个火源总功率相同的单火源情形;对于功率确定的上游火源及下游火源,临界风速随火源间距增加的变化趋势近似于二次方递减;对于功率确定的上游火源,每种功率的下游火源都存在一个对临界风速产生影响的"极限距离",且此距离随下游火源功率增加的变化趋势近似呈线性增长。多火源隧道火灾的临界风速相比单火源存在较大区别,因此在隧道的通风设计中,应充分考虑多火源的分布情况,临界风速的计算也更加合理,制定的火灾扑救及人员疏散方案也更加科学。     

垂直升船机初期火灾疏散路径人群流量分配研究∗

为合理分配垂直各疏散路径的人群流量,通过分析垂直升船机的结构特征,确定升船机综合使用电梯与楼梯进行垂直疏散的可行路径,分别计算从电梯向最近出口疏散、经楼梯向上游平台疏散、经楼梯向下游平台疏散等三条路径上的疏散时间,取三者较大值作为升船机垂直疏散时间,并以此时间最小化为目标函数,运用粒子群算法,仿真求解使用楼梯比例及向上游平台疏散比例等流量分配系数。结果表明:停靠高程∈[62,128]m时,楼梯使用比例可适当增大,使用楼梯向上游疏散比例为0;停靠高程∈[128,147]m时,楼梯使用比例可进一步增大;停靠高程∈[147,175]m时,楼梯使用比例可适当减小,使用楼梯向上游疏散比例为1,经流量分配后疏散时间被有效缩短。     

中国森林火灾研究综述

概述了中国森林火灾方面的研究成果,包括森林火灾的分级和分类、影响因素、研究内容、预报方法等,重点论述了中国森林火灾的研究内容,尤其是中国森林火灾的发生规律及学者们对森林火灾原因的看法。最后提出了防治森林火灾的指导思想。     

基于计算机仿真的火灾时人员安全疏散可靠度分析

火灾中的人员疏散是个复杂的过程,受到诸多因素的共同影响,传统的人员疏散可靠度分析常常忽略这些因素之间的相互作用。为更准确地计算出火灾中人员疏散的可靠度,本文以某地铁车站为例,借助人员疏散仿真软件buildingEXODUS与火灾模拟程序FDS,分别得到人员所需安全疏散时间(RSET)和可利用安全疏散时间(ASET)。在此基础上,构造人员安全疏散极限状态方程,利用一次二阶矩理论求得安全疏散可靠概率。由于能够较好地反映疏散过程中各影响因素之间的相互作用,因此,采用本文提出的可靠度分析方法能够得到更合理的结果。     

城市地震次生火灾研究综述

地震次生火灾是最易发生、破坏性最大的地震次生灾害。详细分析了地震次生火灾起火、蔓延与震后消防扑救的特性，并据此提出了地震次生火灾研究的3个关键主题：震后起火、火灾蔓延和震后消防扑救。针对这3个主题，对国内外的相关研究进行了完整的介绍和深入的评论。通过评论，为进一步研究提出了地震次生火灾研究中的不足、难点、重点和思路。     

城市交通隧道内火灾环境发展规律的数值模拟研究

为缓解城市地面交通压力,城市交通隧道在许多大城市中已经得到越来越多的应用。由于城市交通隧道具有特殊的交通特性、地理位置及建筑结构,其火灾安全问题受到了极大的关注。研究其内部的火灾环境,对于设置相应的防火安全设施来保证内部人员和隧道结构本身的安全至关重要。本文采用数值模拟的手段,对自然通风工况下,有坡度和无坡度隧道在火灾环境下的温度分布特性进行了研究。研究结果表明,2种隧道内的温度分布特性有很大差异;对于由烟囱效应导致的有坡度情况下的温度分布特殊性,在制定相应的防排烟措施时应充分考虑。研究结果对于隧道的结构防火设计、防排烟系统设计及火灾时的人员疏散方案制定有一定的参考价值。     

考虑燃烧作用的隧道火灾三维数学模型

采用预设概率密度函数模型考虑燃烧的过程,构建了一种描述隧道火灾过程中燃油燃烧、烟气流动和传热的三维数学模型。应用该模型模拟了台缙高速公路苍岭特长隧道在释热率为50MW、风速分别为0～2m／s条件下的火灾过程,并通过室内模型燃烧试验验证了其有效性。与相同条件下热源模型计算结果的比较表明：无论通风条件如何,燃烧释放的大量烟气均会在火源上方形成一高速烟流区,而热源模型由于忽略了燃烧过程,在风速≥1m／s的条件下将无法刻画出该区域。高速烟流区抑制了纵向风流与高温烟流的混合,控制着火源近区的流场结构,是造成烟气回流和分层运动现象的主要因素之一。     

地铁内楼梯口处全尺寸火灾实验与数值模拟

建立了地铁实体模型，开展了地铁火灾实验研究，测量了站台与站厅之间的楼梯处的速度和温度等火灾参数。同时利用火灾动力学模拟程序软件对地铁站台火灾进行了数值模拟，研究了地铁站台和站厅连接楼梯处温度和烟气速度的变化趋势，并与实验结果作了对比分析，验证了数值模拟结果的有效性。研究结果可为有效控制烟气在地铁中的蔓延和组织人员疏散提供技术支持。     

商业建筑火灾荷载调查与统计分析研究

科技的发展促使火灾模拟应用于火灾安全设计中。火灾模拟结果的准确与否取决于火灾场景的选取与设计火灾的合理性。火灾荷载是判断建筑室内火灾危险程度的依据,也是火灾模拟中设计火灾的重要内容。调查了在廊坊、长治、郑州及天津4个城市的117家零售类商业店铺火灾荷载情况,调查的对象包括快餐店、服装店、鞋店等商业零售店铺。针对这些店铺常见的可燃物形式,确定了5种可燃物,分析了它们在总火灾荷载中的比重。     

隧道火灾时人员安全疏散的模拟研究

隧道的消防设计应以保护人员的生命安全为首要目标，为此开发了隧道火灾时的人员疏散计算机模型Tunev（tunnel evacuation）。该模型能计算隧道内不同火灾场景的人员疏散所需时间，可与计算危险来临时间的火灾数值模拟软件CFD—PHOENICS3．5相结合，经两种时间的对比，判断人员疏散的安全性。该模型包含了简单的火灾时人员行为反应数据库和隧道防火结构特征参数。通过定性和定量的分析和计算，其结果能直观地发现疏散设计中的不足，以便采取针对性改进措施；该模型还可以作为辅助的消防演习工具。本文阐述了模型的有关概念，并对工程实例进行了疏散模拟，最后简述了Tunev模型的验证和应用。