贵州喀斯特生态系统典型针叶林地表火蔓延速度影响因子及预测模型

【目的】喀斯特生态系统农林交错,火源复杂,极易发生森林火灾,对喀斯特生态系统恢复等造成严重影响,研究该区域典型针叶床层平地无风条件下的林火蔓延速度,对于该区域植被恢复和森林防灭火工作具有重要意义。【方法】以喀斯特生态系统内3种典型针叶林下地表可燃物为研究对象,在室内平地无风条件下,构造与野外结构相似的针叶床层,以床层含水率、厚度和载量因子的不同梯度组合为变量,进行了188次点烧实验。【结果】(1)相同条件下,云南松和华山松针叶床层的林火蔓延速度没有显著差异,但显著高于马尾松针叶床层(P<0.001)。(2)可燃物床层含水率对针叶床层蔓延速度有显著的阻滞作用,床层厚度有显著的促进作用,床层载量对云南松和华山松针叶床层的蔓延速度有促进作用。(3)马尾松、云南松和华山松针叶床层林火蔓延速度的加式模型平均绝对误差分别为0.013、0.029和0.020 m/min,乘式模型的平均绝对误差分别为0.014、0.023、0.018 m/min,两种预测模型能解释75%以上的林火蔓延速度变化情况。(4)加式模型的外推误差的平均绝对误差和相对误差分别为0.108 m/min和42.50%,乘式模型外推效果优于加式模型,误差均值分别为0.086 m/min和28.20%。【结论】研究揭示喀斯特生态系统典型针叶林可燃物床层特征对林火蔓延速度的影响情况,3种针叶床层平地无风条件下蔓延速度较大,具有蔓延成灾的可能。综合预测精度和外推效果,建议选择乘式模型建立林火蔓延速度预测模型,为该生态系统内森林防灭火工作提供基础。

导线长度对过电流聚氯乙烯铜导线起火燃烧行为的影响

为深入研究导线长度对过电流聚氯乙烯铜导线起火燃烧及火蔓延行为的影响,利用电气火灾故障模拟装置模拟铜导线在不同长度下发生过电流故障,分析了导线长度对起火燃烧过程、火蔓延最大距离的影响,并通过视频影像堆栈技术分析了火蔓延速率。结果表明:当过电流值不变时,随着导线长度的延长,火蔓延最大距离呈现先增大再减小的趋势;对于研究中使用的2.5 mm^(2)多芯聚氯乙烯铜导线,过电流值不变,且导线长度在240 cm时,火蔓延距离最大,其中在200 A时,火焰会达到全线的燃烧;火蔓延速率在导线熔断瞬间向两侧蔓延时最快,随着远离熔断点未燃区可燃性气体浓度、温度的下降,火蔓延速率有下降的趋势,并且呈现较大的波动。

宽度和载荷对沟槽地表火蔓延特性的影响

为探究燃料床的宽度和燃料载荷对沟槽地表火蔓延燃烧特性的影响,设计了宽度分别为10、15、20 cm的燃料槽,分析了不同宽度和载荷条件下地表火蔓延速度、火焰高度和夹角、质量损失、滞留时间等燃烧特性的变化规律。结果表明,载荷越高,燃料的质量损失速率越大;相同载荷下,沟槽宽度越小,燃料消耗率越高。燃料槽侧壁使卷吸受限,火线成线性。火蔓延速率随宽度增加而增大,火焰高度随宽度和载荷增大而增大。在高载荷的情况下,火蔓延过程中产生大量可燃烟气,火焰形成向火蔓延方向的火焰夹角。

锂离子电池热失控产气的研究进展

对锂离子电池热失控产气危害及测试方法进行探讨,从锂离子电池热失控产气机理出发,分析锂离子电池热失控燃烧与常规火灾的区别,总结了近年来锂离子电池热失控产气的成分、产气量、产气速率对于火灾蔓延和毒性等级的影响研究进展。最后针对安全使用需求,对后续产气研究的测试装置及方法提出展望。

敷设数量对海上升压站电缆竖井火蔓延的影响研究

在海上升压站电缆竖井中电缆通常是多根成束装配,而电缆数量对火灾危险性有很大影响,因此研究电缆的敷设数量对竖向火蔓延的影响具有重要意义。通过使用自主设计的火蔓延试验平台,对WDZ-YJY电缆以不同数量排布,研究分析其热解、蔓延、滴落等行为的有关参数。通过试验结果分析,将不同敷设数量下电缆竖向顺流火蔓延分为3个阶段:点燃阶段、平稳过渡阶段和快速发展阶段。结果表明:电缆数目的增加没有明显延长燃烧所用时间,而是显著增大了火灾尺度。其中,热解前锋高度大于30 cm后,在电缆数量为3根和4根的最大火蔓延速率超过电缆数量为1根和2根的最大火蔓延速率的200%。研究发现:一方面电缆量多工况质量损失速率较高,其中电缆数量为4根的质量损失速率峰值比2根时高出142%,达到2.39 g/s,反映了电缆数量多的工况单位时间内热解出的可燃物质较多,使燃烧更加剧烈,上方未燃电缆能获得更多热量;另一方面电缆量多工况辐射热流值也较高,辐射热流会缩短预热未燃烧区,缩短未燃烧区的热解时间,结果显示:电缆数量为4根的辐射热流峰值达到2.46 kW/m2,比2根时高出70%。电缆熔融滴落会促进火焰区向下方传播,而敷设数量多的电缆束燃烧过程中的滴落持续时间也明显更长。

坡度对山地火蔓延影响的实验研究

文章在坡度为0°~40°的山地模型上开展火蔓延实验,研究不同的中心坡度和侧面坡度对火线轮廓、火线夹角、火焰长度和火蔓延速率(rate of fire spread,ROS)的影响,分析火焰对前方未燃烧的燃料的预热作用。研究发现:山脊火会形成水滴状火线,山谷火线在侧坡上呈V形;中心坡度和侧面坡度会对山地火蔓延行为产生重要影响,随着中心坡度增加,山谷火焰对流换热明显增强,ROS快速增加。

导线间距对倾斜平行双导线火蔓延特性的影响研究

以双根平行聚乙烯铜导线为研究对象,开展了导线倾角为0~90°、间距为0~17 mm的一系列火蔓延试验,分析了燃烧过程中火焰形态、火焰高度、长度以及火蔓延速率的变化规律。结果表明:(1)倾斜平行双导线的火焰形态随导线间距增大会经历3个阶段:融合阶段、靠近阶段以及独立阶段;(2)双导线火焰高度(除90°倾角外)、火焰长度、火蔓延速率均随倾角增大而增大,随间距增加表现为先增大后减小趋势;(3)双导线火蔓延速率起初小于单导线,随着导线间距增加而增大并在融合后期达到峰值,随后逐渐减小并在独立阶段与单导线保持一致;(4)建立了双导线火蔓延速率与火焰长度的正比关系,其比例系数为0.078,比单导线的比例系数略小。

不同倾角和间距条件下平行双导线火蔓延实验研究

航空导线存在于航空飞行器内各元器件之间以实现系统与零部件间的能量运输和信息传递,一旦导线发生故障极易引发火灾,开展航空导线火蔓延行为研究具有重要意义。选取线芯直径为0.8 mm和1 mm、绝缘层厚度为0.15 mm的两种聚乙烯绝缘铜导线(Cu-PE)为研究对象,通过导线火蔓延实验,探究不同倾角和间距条件下平行双导线火蔓延行为。结果表明:无论是单导线还是平行双导线,在导线倾角由-60°至60°的变化过程中,火蔓延速率均为先减小后增大,当导线水平放置时火蔓延速率最低;平行双导线火蔓延行为与单导线显著不同,主要体现在当平行双导线间距增加时火蔓延速率首先增大,当平行双导线上火焰根部开始分离时火蔓延速率达到最大值,随后火蔓延速率减小,最终与单导线火蔓延速率趋于一致;倾斜放置的平行双导线更容易产生火蔓延现象,火蔓延速率也较同导线间距条件下水平放置的双导线更高,当导线间距为0时倾斜放置的平行双导线可形成稳定火蔓延,而在较小的导线间距条件下火蔓延速率可达峰值,其危险性更强;通过视频分析和图像处理发现,平行双导线火蔓延速率与火焰根部宽度之间呈现明显的正相关关系。

金属芯热传导效应对电缆线水平火蔓延的影响

为研究金属芯热传导效应对导线水平火蔓延的影响,建立水平火蔓延速率预测模型,开展了不同热导率金属芯导线的火蔓延试验研究,从火焰形态、质量损失速率及火蔓延速率三个角度,分析了不同热导率及不同直径对电缆导线火蔓延的影响。研究结果表明,导线护套的质量损失速率随金属芯直径的增加先增加后减小。由于铜芯的热传导率较不锈钢芯大,铜芯导线预热区积累的热量较多,其质量损失速率相比不锈钢芯较大。铜芯、不锈钢芯直径分别为3.5、4.5 mm时,其质量损失速率分别达到极大值0.0071、0.0068 g/s。金属芯直径较小时,随着直径的增加,金属芯向已燃区的热传导热量增强,进而导致火蔓延速率下降;金属芯直径大于3.5 mm时,仅有金属芯下部的绝缘护套参与燃烧蔓延,相比于金属芯绝缘护套整体燃烧蔓延而言,下部的绝缘护套燃烧较快,进而导致火蔓延速率短暂上升;随着金属芯直径进一步增加,金属冷却作用显著增强,导致火蔓延速率再次下降。此外,在火焰完全覆盖导线表面时,火蔓延速率理论计算值与试验评估值吻合较好,表明推导的水平火蔓延速率理论模型适应性较好。

EPS外保温材料火灾蔓延速率的数值模拟与试验研究

根据火灾动力学理论,建立了热塑性外保温材料火蔓延速率模型。该模型对实际燃烧过程做了一定的假设简化,主要考虑了材料厚度和火源位置对材料燃烧发展过程的影响。并提出无量纲参数"耦合燃烧度",用来表征热塑性材料的燃烧壁面与高温熔滴形成的油池火之间相互作用的程度。基于ISO9705全尺寸热释放速率实验室,采用20×20×10 cm3正庚烷油槽火源为火源样式,设计了4种不同的燃烧工况研究EPS外保温材料的火蔓延规律和影响因素。结果表明:其火蔓延速率随时间变化呈指数增长,EPS的火蔓延速率的回归方程通式为Vp(t)=Aexp(Bt),与理论推导方程Vp(t)=φ1exp(φ2t)有较好的相关性。当EPS的厚度为50 mm时,火蔓延速率增幅最小;"耦合燃烧度"越大,火蔓延速率增长越快;"耦合燃烧度"随材料厚度的增加而增大;不同火源位置下,"耦合燃烧度"从大到小为中火、底火、顶火、边角火。理论模型与试验结果有较好的一致性,可以有效预测热塑性外保温材料的火蔓延速率。

高层建筑典型外墙保温材料火蔓延特性数值模拟研究

有机保温材料被广泛应用于高层建筑外墙保温体系的同时,也可能增加高层建筑的火灾风险。本文通过计算机模拟,着重研究了保温材料之一的聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)的火蔓延速率、失重速率及温度场分布等特性。研究结果发现:发生火灾后,外墙保温材料可以在很短的时间内自下而上蔓延至整个材料表面,并有表皮着火的现象。在火焰到达材料顶部之前,向上火蔓延占主导地位,材料中部区域明显燃烧脱落,火焰在材料两端上部继续燃烧,有向下加速蔓延的趋势;之后,火焰沿着材料中部内侧向下剧烈燃烧,材料呈V字型燃烧直至熄灭。在高层建筑外墙外保温材料火蔓延中,不同着火点情况下的燃烧速率随时间变化的趋势相似,且会形成两个波峰。

自由空间木垛火蔓延速率及质量燃烧速率模型

从能量守恒方程出发，推导自由空间木垛火蔓延速率及质量燃烧速率方程，进一步得到木垛中热流密度的表达式．从而只需测得火焰温度就能通过模型求得木垛火蔓延速率及质量燃烧速率，并通过实验证明模型预测结果基本与实验结果相符．

EPS火灾蔓延速率的数值模拟与实验研究

建立了热塑性外保温材料火蔓延速率模型,提出了表征向上火蔓延和向下熔融流淌燃烧相互促进作用大小的无量纲参数,耦合燃烧度。通过实验研究了EPS外保温材料的火蔓延规律和影响因素。实验结果表明,其火蔓延速率随时间变化呈指数增长;"耦合燃烧度"越大,火蔓延速率增长越快;"耦合燃烧度"随材料厚度的增加而增大;不同火源位置下,"耦合燃烧度"的大小排列为:中火>底火>顶火>边角火;理论模型与实验结果具有较好的一致性。

平地无风条件下红松针叶床层林火蔓延的影响因子分析及模拟

以红松(Pinus koraiensis)人工林的针叶为材料,在实验室内,根据黑龙江省帽儿山地区同类可燃物的野外条件,构建了不同载量、高度和含水率的可燃物床层,共进行了100次的平地无风条件下的点烧试验,结果表明,平地无风条件下红松针叶床层的林火蔓延速率不超过0.4 m.min-1。红松针叶含水率、床层高度和压缩比对林火蔓延速率具有显著的影响。其中,含水率对林火蔓延速率的影响与可燃物床层的高度、载量等无显著关系,而可燃物床层高度和压缩比对林火蔓延的影响可能受可燃物床层特征的影响,需进一步研究确定。床层载量对红松针叶床层的林火蔓延速率影响不大。以可燃物含水率和床层高度为预测因子的林火蔓延速率线性预测模型,能够解释85%的林火蔓延速率变差,模型的平均绝对误差为0.03 m.min-1,平均相对误差不超过13%。

金属面EPS泡沫夹芯板的对火反应特性和火蔓延特性

利用3种强度汽油火源引燃金属面可发性聚苯乙烯泡沫夹芯板(EPS彩钢板),分别采用ISO9705房屋/墙角试验装置和热电偶束测定了不同处理方式下的板材对火反应特性和火蔓延特性.结果发现,3种强度火源下封边加固板材峰值热释放速率为未封边板材的0.1倍、0.5倍和0.8倍,最高温度范围分别为35～249,℃、61～820,℃和50～527,℃,水平方向0.1～0.3,m距离内最高平均蔓延速率分别为0.09～2,cm/s、1.4～10,cm/s和4.4～10,cm/s,火源功率增大可使达到同一温度的传播速率最高增大100倍,同一时刻水平和垂直方向上不同测点温度呈现一阶指数衰减的分布规律.采用槽铝和白铁皮覆盖夹芯板面板边缘处并均匀使用铆钉加固后,夹芯板整体燃烧性能被有效抑制,对外墙保温板材的应用方式具有积极借鉴意义.

林火蔓延初期的增长模型与室内模拟实验研究

分析了均匀水平燃料床从一个点火源的着火过程 ,建立了林火蔓延初期的增长模型 ,采用数值法计算了蔓延初期的加速度与速度的变化趋势。并通过室内模拟实验 ,在燃料床上测取了林火初期蔓延速度。通过对着火后1 0 0 s的实验数据与计算结果的比较 ,说明所使用的初期蔓延过程的增长模型在物理上是合理的。从实验结果分析看出 ,在着火后 2 0 s以内 ,及在着火后 80 s～ 1 0 0 s锥形火焰向环形火焰转化时 ,火蔓延速度与加速度剧烈地波动。由理论模型计算得到 ,森林火灾从一个点火源着火以后 ,大约需要 0 .5h才能达到稳定的蔓延速度 ,由于受实验条件所限 ,在室内模拟这个过程是困难的。

南方8种森林地表死可燃物在平地无风时的燃烧蔓延速率与预测模型

【目的】研究Rothermel林火蔓延速率预测模型及另外2种以Rothermel模型为核心的蔓延速率预测模型对南方8种典型森林地表死可燃物的适用性,为林火蔓延速率预测提供理论支撑和指导。【方法】以南方地区8种典型速率地表死可燃物为对象,根据研究对象的野外实际条件,在东北林业大学帽儿山实验林场风洞实验室内,构建不同可燃物床层含水率、载量及高度的可燃物床层,每种可燃物在平地无风条件下进行36次点烧试验,共288次点烧,记录每种可燃物类型不同配比条件下的蔓延速率。通过直接使用Rothermel模型、重新估计Rothermel模型参数、对Rothermel模型形式改进后自建模型的对比,得到最合适的预测模型。【结果】 1)平地无风条件下,南方8种典型森林地表死可燃物床层最大蔓延速率为0.55 m ·min -1 ,平均蔓延速率由大到小依次为:华山松、云南松、毛竹、柳杉、杉木、马尾松、麻栎及青冈栎。2)直接使用Rothermel模型预测的林火蔓延速率误差较大,平均绝对误差为0.18 m ·min -1 ,平均相对误差为70.0%。3)重新估计参数后的Rothermel模型及自建模型,预测的可燃物蔓延速率精度显著提高,平均绝对误差分别为0.04、0.037 m ·min -1 ,平均相对误差分别<18%、16.45%。4)重新估计参数的Rothermel模型与自建模型的预测误差的差异不显著,其中自建模型的预测值与实测值的 R 2 变化在0.71~0.90,平均为0.80。【结论】对南方8种典型森林的地表死可燃物类型,在平地无风条件下,重新估计参数的Rothermel模型及自建模型的预测精度相近,但自建模型可能更简单易用,可预测平地无风条件下可燃物地表火蔓延速率。

不同布置形式下的桥架电缆燃烧特性

电缆一般是以成束的形式来敷设,同时多集中布置在墙壁附近以及顶棚下方等特殊空间,如电缆隧道、电缆沟、厂房等,这使得电缆桥架火灾在上述特殊环境下往往表现出较为复杂的蔓延行为,同时,电缆燃烧火焰及其形成的熔滴会对附近结构造成破坏,具有较大的危险性。为此,本文以单排桥架电缆为研究对象,分析不同布置间距以及贴壁情况下的电缆燃烧特征。研究结果表明:堆叠、紧密及不同间距(10,20和30 mm)工况下的电缆火蔓延平均速率依次降低;电缆燃烧熔滴质量以及热释放速率平均值和最高值均随电缆间距增加而减小;侧壁和顶板均可以通过影响电缆燃烧火焰的空气卷吸量或热反馈效应而加快电缆燃烧过程,其中,“侧壁+顶板”组合限制条件对电缆燃烧的促进程度最大。

用可见光图像法测定林火蔓延速率的误差

图像法在林火蔓延速率测定中应用很广,但多数研究没有给出该方法的测定误差。采用图像法、标杆法和热电偶法对室内点烧实验的蔓延速率进行了测量,以标杆法和热电偶法的结果为基准,给出了图像法蔓延速率测定的误差,并对影响图像法测量精度的一些因子进行了分析。结果表明:1)以标杆法为基准,可见光图像测量的蔓延速率的平均绝对误差为0.035 4 m·min-1,平均相对误差为3.49%;以热电偶法为基准,可见光图像测量的蔓延速率的平均绝对误差为0.034 4 m·min-1,平均相对误差为3.31%。图像法与标杆法和热电偶法无显著差异。标杆法和热电偶法只能测得特定点或部分时段的蔓延速度,可见光图像测量法可以测量多点蔓延速度,因此,图像法比标杆法和热电偶法更具优势,可以替代标杆法或热电偶法。2)拍摄位置对误差影响不显著;风增加了蔓延速率,增加了图像法测量林火蔓延速率的绝对误差,相对误差变化不大。透视范围受拍摄角度的影响较大,随着拍摄角度的减小,图像法测量的误差增大。

热塑性材料竖直贴壁火灾特性研究

对聚乙烯(PE)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)即有机玻璃两种热塑性材料的质量损失速率、火蔓延速率以及CO体积分数在不同厚度下的变化情况进行了试验研究,发现在竖直贴壁自上而下的燃烧情况下,材料的燃烧特性主要是受厚度、流动性以及材料自身热物性的影响。PMMA的质量损失速率和CO体积分数随厚度的增加而变大,并且厚度的影响随厚度的增加越来越小。