消防专业火灾动力学与燃烧学的课程关系

为了厘清消防工程专业火灾动力学与燃烧学的课程关系,对比了国内外多所高校的课程设置情况,分析了两门课程的区别及其在消防工程课程体系中的定位。提出了将火灾动力学划分为"基础火灾动力学"和"专门火灾动力学"两阶段的课程设置模式,并指出为消防工程专业开设的燃烧学应起到基础火灾动力学的作用。以中国矿业大学消防工程专业课程设置为例,对基础火灾动力学和专门火灾动力学的课程衔接问题进行了分析。

瓮丁村典型民居火灾动力学分析

翁丁村是我国典型的杆栏式古建筑群,为防止火灾在建筑间蔓延,当地传统风俗中形成了在发生火灾时拆除建筑茅草顶的防火技法。为验证这种防火技法的有效性并为后期试验提供理论依据,采用火灾动力学模拟软件FDS对典型民居进行了火灾动力学分析,获得了不同屋顶拆除时间火灾场景下的火灾热释放速率、热辐射通量和建筑间安全距离。在此基础上,结合理论分析给出了拆除屋顶的临界时间的理论计算公式,并比较了两种不同热辐射简化计算模型的计算效果。结果表明:在临界时间之前,即建筑火灾由燃料控制型转变为通风控制型之前拆除屋顶,可有效降低火灾发生时的热释放速率和热辐射强度,从而能有效地防止建筑间的火灾蔓延;由于房屋间距小,在临界时间之后才拆除起火建筑的屋顶,会导致火灾在建筑间蔓延;采用面源简化计算模型计算不同距离的热辐射通量,与计算机模拟的结果更为接近。

基于FDS的室内火灾动力学研究

室内装饰材料在建筑物中得到越来越广泛的运用,大多数室内装饰材料都是可燃甚至易燃材料,从而使其成为潜在火源并增加了建筑物的火灾荷载。本文基于大涡模拟理论的FDS模型模拟了室内火灾中的温度、热流密度和热释放率等,并与实际实验相对比,结果证明运用FDS软件模拟室内火灾能很好的与实际火灾相匹配。

试论火灾动力学理论在当前城市消防规划中的应用

通过对当下国内及世界城市消防规划现状的了解，对规划过程中隐藏问题的分析，结合火灾动力学理论，明确在规划过程中时间的重要性，并提出有效解决问题的措施。

隧道火灾动力学

为了获得良好的隧道安全，消防安全工程是必要的。在过去的几十年里，针对现实世界中不断出现的事故的研究和分析，增加了人们在隧道方面的消防安全知识。本书的目的是让全球有关研究人员、工程师和管理部门洞察隧道火灾现象和其背后的物理原因。

基于火灾动力学模拟的广府祠堂建筑性能化防火评估

为评估建筑遗产的防火性能,以广东广府地区典型祠堂建筑——广州陈氏书院为例,采用火灾动力学模拟(FDS)软件PyroSim计算其中厅堂建筑的火灾烟气流动与热量传递,进而评估山墙和青云巷等传统防火构造性能。结果表明:传统坡屋顶下火灾烟气沿水平方向流动速度比沿垂直方向更快,容易在山墙部位形成高温,以致烧穿屋顶;山墙和青云巷可使相邻建筑外墙入射热通量降低约3/4;火灾墓延除与山墙垂脊高度和青云巷宽度相关外,还取决于风速。因此,祠堂类高大厅堂建筑室内应设置纵向挡烟垂壁与自然排烟天窗,控制初始火场面积,减少火灾危害;当环境风速大于4m/s时,祠堂建筑应警惕屋顶飞火的远距离引燃风险,避免风环境恶化是建筑遗产防火保护的一项重要内容。

基于火灾动力学理论的城市消防规划

通过对目前我国及世界城市消防规划现状的介绍,分析了目前城市消防规划中存在的问题,运用火灾动力学的理论分析了时间在消防规划中的重要性,提出了针对这些问题的对策和建议。

基于化学反应动力学机理的中等尺寸甲烷湍流扩散火焰的数值模拟

通过代码修改,在大涡模拟(LES)中嵌入气相化学反应速率、组分热力学性质和输运特性三大机理文件,严格意义上实现甲烷燃烧的四步简化机理与火灾动力学模拟软件(FDS)的成功对接。燃烧模型采用针对多组分燃料的涡耗散概念(EDC)模型,模拟0.3m直径的甲烷湍流扩散火焰,并分别与基于无限快反应速率的总包单步和两步化学反应预测结果对比。分析预测结果可知:四步机理能够很好的适应FDS框架,其模拟结果具有可靠性,时均温度、速度和主要反应物的预测结果高度一致;机理导入后可以预测CO2、H2O以及中间产物CO和H2的浓度,更合理地描述了火灾中气相产物的产生与输运过程。不同反应机制下主产物CO2和H2O浓度对比结果理想,在高温反应区内存在一定的差异,在高温反应区外呈现出高度的一致性。

超高层建筑施工中起火预测及火灾模拟与人员疏散

超高层施工中起火因素多,火灾危害较大,疏散风险较高。为研究超高层施工中火灾发生情况与对应情况下的人员疏散问题,以招平商务中心项目施工现场为例,采用神经网络对火灾的起火材料进行预测,通过火灾动力学模拟工具进行火灾模拟仿真,得到火灾烟气与温度的模拟数据,并在此基础上考虑恐慌和施工环境影响,对施工现场人员利用Pathfinder进行疏散研究。结果表明:该案例最可能的起火材料为保温材料,火灾时影响疏散的因素主要为温度与能见度,疏散者受恐慌情绪、火灾和施工环境影响后,疏散时间由324 s变为419 s。

基于YOLOX-Swin的高效建筑火灾烟雾检测和疏散模拟方法

为了实现高效的建筑火灾应急救援疏散,分析了将目标检测技术应用于建筑火灾应急处置的可能性.将目标检测算法应用于火灾预警阶段,将Transformer、卷积神经网络CNN和轻量级注意力机制模块CBAM相结合,对火焰和烟雾局部和全局特征进行提取,提高目标检测算法的精度并实现对火灾发生位置的快速定位.提出一种用于路径搜索的改进的蚁群算法,对启发函数和信息素挥发系数进行改进.在案例中,建立栅格图模型,结合定位信息,通过仿真模拟的方式验证方法的有效性.结果表明:相比与YOLOX算法,YOLOX-Swin模型平均精度提高1.5%;改进蚁群算法降低了传统蚁群算法的搜索范围,提高模型的收敛速度,有效避免了模型陷入局部最优解的困境.将火灾预警和火灾人员疏散相结合,建立完整的建筑火灾应急处置方案.

水雾喷射角对半封闭机舱火灾灭火效果模拟研究

利用火灾动力学模拟器FDS(FDS,fire dynamics simulator)软件搭建了飞机真火消防训练模拟器模型,研究了在半封闭机舱内消防水枪喷射锥角及流量对灭火训练过程中灭火效率的影响,分别以火焰抑制时间、气体浓度和温度差异等因素对机舱内火灾抑制有效性及传温、传质过程进行分析。结果表明:通过增加消防水流量或减小水枪喷射锥角可提高火焰温度衰减速率;随着喷射锥角的增大,舱内氧气浓度降低,二氧化碳分数升高。通过研究喷射锥角及消防水流量对舱内温度与气体浓度的变化,可为消防人员进行灭火训练提供理论支持。

水喷雾作用下特高压换流变压器火灾上部空间温度研究

针对换流变压器火灾中换流变压器上方跨线受热后易发生断裂的现象,利用火灾动力学模拟软件(fire dynamics simulator,FDS),研究换流变压器发生火灾时,周边水喷雾系统对上部空间温度分布的影响。结果表明:处于围护结构中的换流变压器发生火灾时易形成贴壁火羽流,并在喷雾作用下在远离阀厅的位置形成另外的高温区域;变压器上油枕、套管等结构,影响了火灾发生时的羽流流场,进而阻碍了部分区域的温度演变,在模拟所得温度场情况下,线缆钢材温度已经超过其力学性能和机械性能失效的临界值,因此需要对相应位置处的结构提供保护、加强材料性能以及保证水喷雾系统的有效性,提升线缆在火灾中的可靠性,降低火灾次生灾害引起的损失。

基于FDS的真实火灾下钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能

为揭示钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete,STRC)柱在真实火灾作用下的抗火性能,采用火灾动力学模拟(fire dynamics simulator,FDS)软件获取宿舍和教室场景下的真实火灾曲线,建立Abaqus模型对圆形STRC柱进行温度场和耐火极限有限元分析,获取真实火灾场景下温度曲线、载荷比、截面直径、长细比等参数对STRC柱耐火性能的影响.结果表明:真实火灾场景下STRC柱的变形受力性能与标准火灾场景下类似,耐火极限分别与载荷比和长细比成反比,与截面直径成正比.根据研究结果,建议采用真实火灾曲线对STRC柱进行精细化抗火设计,在工程所需的耐火极限范围内,可出于安全需要,基于等效爆火时间采用标准火灾曲线进行构件抗火设计.

高海拔密闭增压建筑火灾行为与消防设计研究

高海拔密闭增压建筑是一种能有效解决高原反应等问题的新型建筑结构形式,其内部密闭且室内压力大于环境压力,火灾行为复杂且不同于普通建筑火灾,目前尚无消防安全设计规范和方法。以某高海拔密闭增压旅馆建筑为研究对象,通过火灾动力学模拟手段考察不同设计火灾场景下的火灾行为,通过分析氧气浓度、毒气含量、温度和能见度等指标,得到不同火灾场景下的可用疏散时间,并据此给出消防设计方案,为类似高海拔密闭增压建筑的消防设计提供参照。

基于FDS的风扇舱双油池火温度变化特征

航空发动机燃油泄漏形成的油池火威胁发动机运行和飞机安全,为描述风扇舱内油池火复杂的物理传播过程,开展双油池火温度变化特征的研究。首先,基于火灾动力学模拟软件(FDS)建立CFM56-7B发动机风扇舱物理计算模型;然后,比较Trent 800发动机风扇舱单油池火温度计算值与试验值,验证网格独立性;最后,借助探测器和切片分析舱内双油池火的发展过程和温度变化特征。结果表明:双油池火温度在舱内环向上经历增加和振荡准稳态2个变化阶段,其变化幅度与探测器和油池的间距相关;油池火向左偏斜现象导致左半边温度较高;火焰在轴向上经历火羽流上浮、火焰开始融合、融合扩大和完全融合等阶段。

凝并作用下火灾烟颗粒粒径分布及变化

预测火灾烟颗粒粒径分布特征参数的动态变化可实现探测系统对环境参数响应的动态模拟.顶棚烟气输运中,烟颗粒的布朗凝并是改变粒径分布的主要过程,应用矩方法求解布朗凝并作用下对数正态颗粒粒径分布的烟颗粒非线性凝并方程,得到随燃烧变化的凝并速率下粒径分布特征参数随时间的计算结果.正庚烷试验火烟颗粒分布的计算预测值与实验测量值相近,结果表明,在烟雾浓度快速上升阶段,烟颗粒凝并造成颗粒浓度损失不明显,几何平均粒径变化很小,而燃烧基本结束后,烟颗粒数密度衰减很快.

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。