庚烷池火多火源燃烧特性的实验研究

多火源燃烧是森林火灾和城市群发性火灾中重要而又特殊的火灾现象,相关研究很少。通过恒定控制液面高度的实验系统,对直径0.1m、0.2m和0.4m的庚烷池火在单个火源、两火源燃烧和三火源线性排列时的火焰高度、火焰体积和燃烧速率等特性进行了实验研究。研究发现,三火源燃烧时中间火源的火焰高度、火焰体积和燃烧速率明显高于两火源燃烧和单火源燃烧,三火源燃烧时边上火源与两火源的燃烧状况难以区分。这些燃烧特性随着火源间距的减小,呈现增大趋势。热量反馈增强和空气卷吸受限这两种火源相互作用机制相互耦合,且随着火源间距的减小而增强,在S/D(S为火源间距,D为油池直径)为2～4时,两种机制强烈竞争,在其他参数范围内热量反馈增强效应占主导作用。研究还发现火焰体积与热释放速率有较好的线性相关关系,单位火焰体积的热释放速率约为1614kW/m3。

多火源通道火灾流场特性的实验与数值研究

为研究多火源通道火灾热流场特性,搭建一个矩形通道火灾实验台,开展了单火源和多火源等情况下的相关实验,测量了通道顶棚下5 cm处烟气层温度.对烟气层与下层冷空气间的浮力差进行了研究,分析了多火源与单火源对浮力差的影响,研究发现多火源会加剧燃料汽化,致使火源燃烧加剧,浮力差增大.分别对单火源、两火源及三火源通道火灾进行了数值模拟,模拟结果表明,多火源通道火灾流场内火焰呈相互靠拢状态,此时分散的火源将会表现出大面积火灾的燃烧特征,加剧火灾破坏程度.

多火源状态下巷道烟气流动规律的数值模拟

为分析多火源对煤矿巷道火灾烟气流动的影响,以某矿一运输顺槽为研究对象,采用数值模拟软件FLUENT对单火源、双火源及三火源条件下巷道内烟气扩散过程与流动规律进行了数值模拟与分析,结果表明:多火源燃烧时火源之间存在强烈的相互作用,同时,火源之间的空气卷吸作用和热辐射反馈作用使得燃烧程度更为剧烈。

多火源火旋风相互作用的实验研究

为研究多火源条件下火旋风的相互作用,利用四面边墙夹缝式实验装置对3种不同直径油盘形成的火旋风进行实验研究。由电子天平记录的燃料质量随时间变化曲线,得到准稳态阶段火旋风的质量燃烧速率;利用摄像机记录的火焰连续图像,获得火焰高度;基于实验现象及实验数据对质量燃烧速率、火焰高度和火焰形态的分析,提出多火源火旋风质量燃烧速率和火焰高度的半经验线性关系式。研究表明:大直径油盘形成的火旋风比小直径油盘更容易受到拖拽力和涡量的作用影响。

户外多火源燃烧危险性试验研究

开展了不同火源间距(1.50D、1.75D、2.00D)和不同油盘直径(1.0,1.4,1.7 m)下户外多火源燃烧和单火源燃烧对比试验,试验中利用摄像机、电子天平、热电偶阵列分别监测了火焰高度、火源燃烧速率和几何中心温度。结果发现,四火源燃烧时各个火源的燃烧速率高于相同直径下单火源的燃烧速率,而且均在火源间距1.5D时发生了火焰融合现象,火焰融合高度高于相同直径下单火源的火焰高度,表明多火源燃烧危险性更大。四火源融合后,在连续火焰区、间歇火焰区、羽流区几何中轴线火焰温度随高度的指数变化分别为0.13、-1.02、-1.46,与普通浮力池火公认的中轴线温度变化基本保持一致,表明多火焰融合后形成了一个普通的浮力池火。

改进的蚁群算法在灭火机器人多火源路径规划的应用

为研究消防灭火机器人在避障环境下寻求到达多火源的最优路径规划问题,针对蚁群算法进行路径规划时易陷入局部最优、收敛速度慢等缺陷,提出一种改进的蚁群算法。首先利用栅格地图建立机器人工作环境模型,将综合权值优先规划策略引入构建好的旅行商算法中,求解出灭火的次序;进而改进转移概率算法,求解出到达各火源的具体路径,增强算法的全局搜索能力及加快收敛速度。在追求路径最短的同时考虑到机器人的转向会消耗时间,提出多指标评价函数来评价路径质量。最后进行仿真,结果表明本算法跳出局部最优能力和收敛速度有很大改进,并证明了改进算法应用在灭火机器人多火源路径规划问题上有很强的可行性和有效性。

多火源地铁站的火灾模拟及烟气特性分析

为探究岛式地铁站火灾环境下的烟气蔓延规律,本文以某岛式地铁站为研究对象,用Pyrosim建立地铁火灾模型,观测多火源场景下地铁火灾的发展过程,研究其楼梯和出口附近的烟气能见度、烟气温度、烟气高度和温度的变化规律。研究发现:火源分布位置均匀的情况下,烟气温度的扩散具有对称性;地铁火灾燃烧初期,靠近外部火源的楼梯附近的烟气能见度会在下降的过程出现回升的现象;在火灾达到充分发展阶段时,车站中部的一氧化碳浓度回落的幅度更加明显;110 s后,烟气高度开始波动,逐渐趋于稳定,地铁火灾发展到燃烧增长阶段,烟气温度的上升开始到威胁人身安全。

室内多消防水炮协同灭火任务规划研究

室内大空间消防系统通常采用多个固定式智能消防水炮组成水炮群进行灭火。为改善室内多消防水炮对多火源灭火效率,提出一种基于火灾损失代价和灭火时间代价的粒子群任务规划算法。首先,采用整数编码方式对粒子进行编码,一组编码对应一组任务分配解;然后,应用非线性自适应权重更新方法动态调整算法关键参数,提升算法性能。为避免陷入局部最优解,采用基于模拟退火的自适应粒子群算法,以一定概率接受差解,提高粒子多样性,帮助算法跳出局部最优。针对火源动态变化和灭火过程中新发火源,设计了一种分阶段任务规划策略,与所提算法结合可有效解决动态规划问题。实例仿真结果表明,该算法在寻优效率和结果稳定性方面优于标准粒子群算法和自适应粒子群算法,具有良好的应用价值。

纵向风和阻塞比对隧道双火源温度分布的影响

为研究城市公路隧道内纵向通风和障碍物对双火羽流行为的影响,采用数值模拟方法分析双火羽流纵向烟气温度变化规律。研究结果表明:随着风速的增加,顶棚下方最高温度不断降低,烟气逆流现象逐渐减弱至消失;随着阻塞比的增加,下游火源一直向下游倾斜,而上游火源逐渐由向下游倾斜转变为向上游倾斜;基于流体力学理论,引入阻塞比修正无障碍物时的弗劳德数,进而建立适用于隧道内有障碍物的双火羽流顶棚最高温升分段预测模型,研究结果可为隧道火灾防治提供基础数据和理论参考。

石油库油罐防火间距探析

为检验现行标准中对油罐防火间距的要求在发生多油罐燃烧时是否仍然能够保证安全,依据石油库油罐的排列特点,设计多火源等间距阵列燃烧试验,研究多油罐耦合燃烧时火源燃烧速率的增长幅度,从而计算出伤害距离的增长幅度,进而计算多火源燃烧时的防火间距理论值。试验结果表明:多火源燃烧时,耦合火源的平均燃烧速率随火源间距先增大后减小,当火源中心间距为火源直径的2倍时,耦合火源的平均燃烧速率最大约增长为单一火源燃烧时的4倍,伤害距离约变为单一火源燃烧时的2倍。考虑多油罐燃烧的辐射热增强效应,油罐防火间距理论上应设置为1.3D(D为相邻油罐中较大油罐的直径)以上。

岩后隧道火灾内部特征温度影响范围研究

为量化隧道内部发生火灾后的特征温度影响范围,以人眼高度的特征温度(70℃)和顶棚高度处的特征温度(334℃)作为影响范围界定参数。采用FDS数值模型方法研究了岩后隧道事故中单火源、多火源情况下的温度分布规律。研究结果表明:隧道中心线位置,无论是单火源还是多火源,人眼特征高度处的温度影响范围皆小于顶棚处温度影响范围。多火源时,在相邻火源区域间,人眼特征高度处温度出现明显叠加效应,而顶棚高度处则未出现该现象,但其区域内温度远高于人眼特征高度处,且衰减所需时间更长。以464 m长的岩后隧道为研究对象,30 s后距离第一火源50 m范围内的汽车已经达到可燃温度,360 s后距离第一火源184 m的煤车尚未达到可燃温度。人眼特征高度处烟流叠加区域温度呈现出极不稳定的动态升高,但最高温度较顶棚处低。叠加区域以外,顶棚处温度衰减比人眼特征高度处更为缓慢,但影响范围会持续扩大,受时间效应影响明显。