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。     

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。     

岩棉彩钢板火灾痕迹与受火情况的关联性研究

为研究火场中岩棉彩钢板的火灾痕迹特征,以马弗炉和油盘火2种热源模拟火灾现场。首先,模拟理想条件下的火场辐射状况,改变马弗炉的热辐射温度,研究辐射温度对岩棉彩钢板火灾痕迹特征的影响特征;然后,以油盘火作为稳定热源,通过控制彩钢板与油盘的距离来改变彩钢板受热条件;最后,观察岩棉彩钢板受火后芯材和金属片的痕迹特征。结果表明:随着温度升高,芯材外形蓬松度逐渐增大,到600℃时,芯材整体收缩变形,1 000℃时,芯材严重受损开裂;金属板也呈现出不同程度的受损,外漆脱落,并出现凹坑、破裂等受损痕迹;研究结果为彩钢板建筑火灾调查中确定火势蔓延方向、起火部位和起火点提供依据。     

木质类人造板材炭化痕迹实验及数值重构研究

利用锥形量热仪测定不同辐射热通量和不同燃烧时间下木质类人造板材的炭化深度,建立木质类人造板材炭化痕迹的数学模型,并嵌入到FDS(Fire Dynamics Simulator)源程序中,与自身功能相结合,实现重构木质类人造板材炭化痕迹的功能。同时实验研究了不同油盘尺寸、不同燃烧时间、不同火源位置和不同材料种类对炭化痕迹的影响,并利用新编译的FDS程序对实验进行重构,对比重构结果和实验结果,证明该程序可以用于重现木质类人造板材的炭化痕迹。     

机械式立体停车库中巷道防火分隔效果研究

使用火灾CFD模拟软件Fire Dynamic Simulator(FDS)建立某机械式立体停车库的火灾动力学模型,研究停车库内巷道的防火分隔作用和巷道顶部的排烟窗对烟气的控制情况。确定了此机械立体停车库的火灾发生概率为0.00786起/年,并调研了车库汽车火灾的热释放速率模型。根据模拟结果,当巷道一侧一辆车着火后,巷道另一侧车辆受到的辐射热流密度为0.6kW/m2~2.0kW/m2,不会引燃巷道另一侧车辆,利用巷道空间作为防火分隔措施是可行的。巷道顶部自然排烟百叶对于控制烟气有着显著作用,在顶层距地面10m高度处,500s时仅起火停车单元及其对面停车单元能见度低于10m,而未开设排烟窗时整个车库能见度均降至10m以下,局部区域在2m以下。     

可脱落降噪板对换流变火灾温度场的影响研究

为协调换流站降噪结构与火灾应急关系,克服现场试验成本高、测量难度大等困难,采用火灾动力学软件(FDS)模拟低端换流变压器围护空间内变压器表面起火与分接开关起火2种换流变火灾场景,设计可脱落、不覆盖和不脱落3种变压器顶部降噪板状态,基于火场温度时空演化数据,探讨可脱落降噪板熔断前后换流变压器围护空间的火灾温度场特性。结果表明：在2种火灾场景中,可脱落降噪板分别于起火后206与485 s时发生熔断脱落;且降噪板熔断后,变压器顶部呈现出温度上升、突降、再上升的演变过程,其中温度突降变化的原因是可脱落降噪板熔断脱落导致变压器围护空间由封闭转变为开放;与其他降噪板状态相比,可熔断降噪板能够在一定程度上降低油枕与阀厅封堵火灾关键位置的升温速率。     

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。     

起居室典型材料的火灾温度场实验研究

就建筑火灾发生频率较高的起居室为研究对象,主要对该类住宅中的一些常见和使用广泛的典型家具及装修材料,纸张（报纸）、多层胶合板以及软垫分别进行了火灾燃烧实验,对火场中重要参数温度场进行了测试与分析。对由典型装修材料组成的单室,既起居室火灾进行了全尺寸火灾实验,目的是掌握起居室内火灾的发生发展、燃烧过程和火灾蔓延特点。研究表明,住宅火灾中聚合材料、人工填充泡沫等人造材料的热释放速率最大,最高可达305kW,是火灾前期起居室升温的主要热源;全尺寸火灾实验过程中火焰蔓延较快,扩展幅度较大,蔓延过程中多股火焰交叉处温度可达250％左右,容易造成火势火场传播,同时释放出大量深色烟气,火场能见度极低。全尺寸起居室实验表明,短短3min27s内火场温度达到850℃。     

某850kW水平轴风力发电机机舱火灾模拟与分析

采用火灾动力学模拟器软件和性能化防火设计理论,基于实际事故案例分析,设计针对某850 kW水平轴风力发电机机舱的典型火灾场景,建立池火灾模型,对额定风速(13 m/s)下机舱内该类型火灾的发生和发展过程进行研究,模拟计算机舱内火灾的热释放速率、温度场和速度场等参数,探讨进气口风速对火灾热释放速率和温度场等的影响。结果表明:封闭条件下,从齿轮箱底部发展起来的油池火灾热释放速率在62.4 s时达到最大值(757 kW),持续燃烧93 s后降至0;齿轮箱附近部件遭受火灾破坏最为严重,喷射油料二次燃烧导致火强度变大并加剧了火灾的破坏程度。额定风速下,齿轮箱附近软管喷射油料未出现二次燃烧现象,但火灾后期热释放速率在335 s内达到4 000 kW;以火源为分界面,火源前方区域温度(406~567℃)明显高于后方区域温度(177~279℃);顶部通风口承受全部热流,机舱罩顶部温度最终达到930℃,并出现轰燃。     

PVC电缆全尺寸燃烧试验与数值模拟研究

在利用锥形量热计测试方法获得电缆燃烧热、点燃温度等火灾数值模拟参数基础上,利用FDS数值模拟软件对电缆全尺寸试验平台电缆燃烧试验进行模拟.对比模拟结果与试验结果发现,热释放速率、温度等参数吻合较好.热释放速率到达峰值时间试验值为231 s,模拟值为243 s; 热释放速率峰值试验值为53 kW,模拟值为55 kW.研究表明,利用数值模拟对电缆燃烧过程进行精确模拟是可行的.     

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。     

巷道火灾密闭过程中烟气温度及流动特性研究

为研究巷道火灾密闭过程中烟气的温度变化规律及流动特性,通过缩尺寸实验台和FDS数值模拟软件对12.65,18.97,25.30 kW不同火源功率及25％,50％,75％,100％不同密闭比例条件下的巷道火灾进行模拟实验.结果表明:密闭比例的增加会使火焰倾角减小,当巷道完全密闭后,火焰形状近似垂直,顶板热辐射和温度增加;...     

火灾下沉管隧道热力耦合分析及防火实验研究

为研究具有排烟结构的大跨沉管隧道火灾下力学行为,综合采用火灾动力学模拟软件FDS和结构分析软件ANSYS,对无防火措施下的温度场及结构响应规律进行分析,并通过防火材料的实验炉高温试验研究防火效果与防火方案。结果表明火灾位置的不同对结构影响区别较大,结构应力重分布显著,部分位置有开裂、压溃可能,产生最大变形3.6mm,防火宜采用双层搭接防火板。     

基于火灾动力学模拟的古建筑火灾探测器布置研究

为尽快发现和控制火灾,使古建筑的消防投资更经济有效,需进行试验研究。但古建筑不能进行现场试验,通过基于火灾动力学的场模拟软件FDS5.0,以山西圣母殿为例,建立物理模型,模拟火灾发生、发展过程,得出火灾烟气蔓延过程中浓度和温度随时间变化的不同分布。通过对模拟结果分析,对圣母殿中感烟和感温2种火灾探测器进行合理有效的布置,经过数据检验,在最短时间内报警系统有效报警。结果分析表明:不论着火点在建筑的什么位置,只要合理的设置和组合火灾探测设备,就能在第一时间发现火情。证明了软件模拟的方法对古建筑消防设施设置方式的可行性。     

某酒吧特大火灾场景的数值重构

基于FDS对某酒吧特大火灾事故进行数值重构研究,再现了火灾发生、发展的全过程,并与火灾现场勘查报告、现场照片比对;与此同时,详细地分析和研究了火场中典型部位的温度、CO浓度及FED指数等细节性参数的发展变化趋势,结果表明,模拟中的火灾蔓延过程、烟气填充过程、热释放速率、温度等参数与火灾现场勘查笔录和电子物证基本吻合,可与火灾调查其它证据相佐证,完善火灾调查结论,为进一步研究和改善此类场所的防火措施和灭火救援方案提供了依据。     

概率火灾安全分析方法研究

为分析和评估火灾对设备、建筑物等敏感目标结构安全的影响,结合化工定量风险评估方法和气体爆炸概率安全分析方法,提出概率火灾安全分析策略和实施流程。该方法包括火灾危害辨识、泄漏速率计算、火灾后果模拟、频率分析、绘制频率超越热载荷曲线、结构响应分析等关键步骤。以某柴油罐区为例,通过频率分析和火灾模拟,绘制出频率超越热载荷曲线,假定火灾风险可接受准则为10-4/a,求得对应的可信热载荷为21 kW/m2,并以此值作为结构热响应分析的输入参数。火灾概率安全分析方法侧重于描述火灾热辐射强度及其对应的发生可能性,判定敏感目标遭遇的可信火灾热载荷强度和结构热响应行为,评估消防减灾措施效果,确保结构完整性和可用性,不评价工艺系统潜在火灾风险的高低。