森林燃烧中的特殊火行为研究进展

在森林火灾中,当火强度达到一定程度时,具有特殊的火行为现象。森林燃烧中的特殊火行为研究是国内外研究难点和重点之一,特殊火行为的特征有:火强度急剧增加、可持续的火蔓延速度很快、空气对流十分容易、远距离飞火、火旋风或大片的水平火焰、风突然平静。特殊火行为的现象有火旋风、对流柱、飞火和火爆等。当火表现出以上这些特征和现象时,它的强度就已经达到了常规的扑灭方法进行扑救很少有效的程度。在这种情况下,扑救工作要在那些能够保证安全工作的部分火线上进行,采取措施去保护宝贵的财产或资源。

细水雾抑制火旋风的实验研究

应用热成像方法测取了火旋风,发现了火旋风大高度直径比的特有物理现象;将超细水雾作用于火旋风和油池火,应用三维LDV/APV(laserdopplervelocimeter/adaptivephasevelocimeter)系统对火旋风流场进行了测量,发现在相同的雾通量作用下,火旋风能被熄灭,而油池火却不能被灭掉。通过对细水雾作用于火旋风机理的讨论发现,对不同物理形态的火焰,细水雾灭火的有效性不同,从而为细水雾抑制、熄灭火旋风火灾机理的研究提出了一种有效的实验方法。

三维LDV测量火旋风的实验研究

应用三维激光多普勒测速计LDV（Laser Doppler Velocimeter）系统,通过观察和测量火旋风的卷吸的现象,对火旋风速度场进行了有效的测量,获取了火旋风的径向速度、切向速度和轴向速度等特件参数,深化认识火旋风的卷吸机理;用热成像和热电偶方法采集得到了火旋风的温度场的结构和形状。为下一步进行火旋风卷吸的现象的实验研究打下了良好的基础。

外加环量作用下单油盘火旋风实验研究

利用半开放式火旋风实验装置开展了三种直径的油盘和三种外加环量的火旋风实验,应用Origin软件对数据进行分析并对比普通池火,得出不同尺寸油盘和环境流场参数条件下火旋风的火焰高度、质量燃烧速率的变化规律。提出火旋风质量燃烧速率、火焰高度的半经验线性关系式,分析预测模型与前人不同的原因。

火旋风的模拟实验研究

模拟火旋风的实验研究 ,应用热成像方法获得了火旋风温度场的结构 ,测量得到火旋风火焰特有的大高度直径比的物理现象 ;火焰高度比相同燃料 ,油液面积的油池火高度高 ,直径比油池火直径小。火旋风的切向速度比油池火大 ,卷吸效果好 ,可用这一特点来研究熄灭火旋风的火灾。对火旋风火灾机理的研究提出了一种有效的实验方法。

红外热成像方法测量火旋风温度的实验研究

应用热成像方法获得了火旋风特有的物理现象 ,火焰的大高度直径比 ;并将细水雾作用于火旋风和油池火实验 ;相同的雾通量作用下 ,火旋风能被熄灭 ,油池火却不能被灭掉。由此而对细水雾作用于火旋风的机理进行了讨论 ,对于不同物理形态的火焰 ,细水雾灭火的有效性不同。

热灾害过程的非线性动力学理论

论证了一般热灾害系统的多重特性。提出非线性特性是一般热灾害系统（含火灾系统）本质特性的观点。将热灾害过程中存在的特殊现象与对应的非线性动力系统的复杂和奇异行为对应，由此可通过研究非线性动力系统动力轨道的拓扑和演化特性，研究特殊热灾害现象。指出非线性作用是特殊热灾害现象产生的最根本机制。

火旋风的三维数值模拟

本文主要通过数值计算的方法来研究火旋风这一火灾过程中特殊的物理现象,通过对已经过验证的火旋风发生物理模型的分析,经过简化和改进,并应用有限体积元法对所得到的一组控制方程进行求解,研究了火旋风内部的温度场分布,以及不同的进气速度对火旋风内部温度场的影响,进而对火旋风的产生过程进行了分析。

基于FDS小型可控火旋风试验与数值模拟

为了研究火旋风与池火火焰形态、温度变化之间的差异,利用设计自制的旋风罩小型火旋风发生装置,通过室内正庚烷燃烧试验和FDS数值模拟两种方式,对比分析火旋风与正常池火的火焰形态、温度变化、燃烧速率。研究表明:旋风罩的特殊构造使气体在其中可以形成均匀稳定的旋转流,易于形成火旋风;火旋风火焰燃烧形态比普通油池火剧烈稳定,火旋风的火焰高度和火焰稳定区域均比普通油池火火焰大。

CO_2和ABC干粉灭火剂扑灭火旋风火焰实验对比分析

为了分析2种灭火剂扑灭火旋风效果,采用实验室自制装置生成稳定的火旋风火焰,喷射CO_2或ABC干粉灭火剂,获取火焰温度场及光电信号数据。研究结果表明:在CO_2灭火剂或ABC干粉灭火剂作用下火旋风火焰温度场呈"下凹"型指数衰减;受灭火剂喷射位置影响,火焰根部、中部及顶端不同区域的灭火剂影响系数不同;基于火焰降温速率和光信号变化,相较于CO_2灭火剂,对火焰起抑制作用的ABC干粉灭火剂降温效率更高、扑灭效果更好。

典型条件下火旋风的特性研究

为了研究在不同条件下形成的火旋风特性,应用"正六边形柱体+狭缝"火旋风实验平台开展完善和不完善条件下火旋风的特性研究。测试火旋风上部、中部和下部的温度变化过程,对比了两种条件下,不同燃料在不同尺寸的油盘中燃烧形成火旋风的温度峰值、温度波动标准差值和燃烧时间。结果表明:实验条件越完善,形成的火旋风越稳定;相同质量条件下,不同燃料的燃烧时间为:工业酒精>柴油>煤油>汽油;温度稳定性为:汽油>煤油>柴油>工业酒精;随着火源尺寸减小,燃料燃烧时间变长,火旋风的稳定性变差,沿着火焰竖直方向不同高度上的温差增大。

一种简易稳定火旋风火焰多参量测量系统

研制一种简易稳定火旋风测量演示装置和多参量测试系统。装置主要由旋风罩、竖直槽道组成,实现火旋风的形成和风流旋转观测。利用该系统开展了75%、100%酒精和正庚烷燃料以及不同质量正庚烷燃料火旋风实验,分析温度和火焰光信号变化,并通过火焰光信号的STA/LTA算法分析将火旋风火焰分为三个区域。

非封闭式天井开口对火灾烟气蔓延的影响

本文采用数值模拟软件FDS模拟了不同开口尺寸、数量及位置对非封闭式天井内火灾烟气蔓延规律的影响。研究表明,非封闭式天井温度(烟囱效应)随开口宽度增大先缓慢下降(减弱),然后迅速降低(减弱),当开口宽度达到一定比例后,温度(烟囱效应)几乎不变。开口总宽度相同,仅有1个开口时,开口处巻吸气流较为集中,对火灾烟气蔓延的扰动较大,开口数量增加到2个和3个时,火灾烟气受开口数量的影响较小。与开口位于火源同侧相比,开口位于火源不同侧更容易产生火旋风,更有利于火灾烟气竖向蔓延。

基于几何导流改良火旋风发生器及其形成规律研究

为设计更加合理的火旋风发生器,基于几何导流的方法探究火旋风形成条件及相关规律,进而提出火旋风高度与缝隙尺寸、油盘燃烧速度的预测关系。研究结果表明:火旋风形成需要一定量的涡流、生成涡、流体汇、摩擦力;缝隙尺寸变化会让油盘质量燃烧速率呈现抛物线变化趋势。当火旋风发生器的底边尺寸为400 mm×400 mm,油盘直径150 mm时,缝隙为10 mm时火旋风高度最高;用200 mm油盘时,缝隙控制在30 mm时火旋风高度最高,火旋风会受燃烧速率和剪切流场双重作用。