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[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
杜伟 程海涛 邹彪 任伟达 朱晓康 李聪
该文开展了圆柱形堆积秸秆的燃烧实验,测量并研究了不同堆积直径和堆积厚度条件下秸秆火焰发展蔓延过程、火焰结构、秸秆质量损失以及火焰温度等,推导并建立了关于质量损失速率(■)、无量纲火焰温度的定量模型。结果表明:秸秆燃烧过程中随着燃烧区域的扩大,火焰结构会依次出现中空的锥形火焰、分离的环形火焰以及断裂的环形火焰形态;秸秆质量损失速率呈现先增加后减少的趋势,其峰值与秸秆初始质量具有良好的线性关系,表明秸秆的初始质量越大越有助于燃烧过程的热量积累;火焰轴心温度也呈现先增大后减小的趋势,无量纲火焰温度与(z-z_0)·■~(-2/5)具有幂函数关系,随(z-z_0)■~(-2/5)增加呈现不同斜率的线性下降趋势,其中z-z_0为火焰相对高度。该研究结论有助于加深对秸秆火灾发展蔓延过程的认识。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
马亮杰 吴红波 王禹
真实火场不同燃料密度条件下,离散燃料火焰前锋形状具有显著差异,例如形状相反的“A”形和“V”形。关于离散固体燃料火焰前锋形状的研究较为有限,为了更好地预测火蔓延行为,亟待研究火焰形状变化的形成机制。将5 mm(长)×5 mm(宽)×60 mm(高)的木条均匀排布,固定在开孔水平板上,控制外界条件和燃料总面积相同,通过改变木条间距,在3、 5和7 mm 3个工况下进行实验,并对热通量和质量损失进行测量和分析。结果表明:随着木条间距的增加,火焰前锋由“V”形(两侧火焰传播较快)逐渐变为“A”形(中心线火焰传播较快)。基于传热理论,通过对流传热和辐射传热对离散燃料火蔓延前锋形状进行分析,建立了辐射传热模型,为火蔓延行为的精确预测提供了理论基础。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
陈长坤 杜武豪 徐童 石朗
电力电缆在长距离输电过程中常出现高差变化的情况,导致电缆出现折弯。为探究多根紧密并排敷设电缆中部(折弯段)被引燃条件下,电缆折弯角度及其数量对下折弯电缆火蔓延行为的影响,该文以三铝芯交联聚乙烯绝缘电缆为试验对象,开展电缆燃烧试验,测量并分析火焰温度、电缆火蔓延时间、平均火蔓延速率等关键燃烧特征参数。结果表明:电缆根数越多,火焰峰值温度与平均火蔓延速率越大;电缆平均火蔓延速率随折弯角度增加而增大, 5根90°下折弯电缆平均火蔓延速率约为5.4 cm/min,约为水平电缆火蔓延速率的1.9倍。这主要是由于电缆折弯角度越大,电缆“火焰附壁”效应与高温熔滴的流淌作用更加显著,增强了电缆未燃区域所受的热对流和热辐射作用,进而导致电缆平均火蔓延速率增加。
关键词：
电缆火灾 下折弯电缆 折弯角度 火蔓延
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
徐翔 陈龙 李松阳 万羽翼
为研究航空发动机燃烧室机匣发生烧穿时射流火焰的温度、热流密度分布,建立机匣烧穿试验系统,采用单一变量法,研究了喷嘴孔径、油气质量比、外侧空气流速、燃烧室内部压力对射流火焰在轴向上的温度、热流密度分布的影响。结果表明:射流火焰在轴向上的热流密度衰减迅速,在127～254 mm内,热流密度衰减最多,可达81%;喷嘴孔径对于火焰形态、温度、热流密度影响最大;燃烧室内部压力对火焰温度影响可达675℃/MPa;外侧空气流速主要影响火焰轴向254～508 mm区间温度分布;油气质量比对火焰轴向温度影响达18.6%。航空发动机设计时应当考虑在燃烧室机匣薄弱点法线方向外侧254 mm范围内设置挡火板,以防止可能出现的机匣烧穿带来的危害。
关键词：
机匣烧穿 射流火 温度 热流密度 火焰
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
焦伟冰 陈长坤 杜武豪 石朗
为探究受限空间流淌火燃烧蔓延规律和温度场分布特征，搭建1∶10缩尺寸受限空间模型，开展7种不同泄漏速率的流淌火火灾试验以及12种不同尺寸的油池火火灾试验，重点分析火源直径、质量燃烧速率和受限空间内的温度场分布特征。研究结果表明：受限空间流淌火根据火源直径随时间的变化可以将燃烧分为3个阶段：燃烧扩散阶段、燃烧稳定阶段以及燃烧熄灭阶段。燃烧阶段的转变主要由燃料质量泄漏速率与质量燃烧速率的相对大小决定。当质量燃烧速率与质量泄漏速率达到平衡时，燃料在达到火焰前沿前已完全燃烧，火源直径停止增大，燃烧进入稳定阶段。燃烧稳定阶段时，流淌火和油池火的温度场分布特征相似，随着火源功率的增大，火源根部的温度逐渐降低，而顶棚的温度不断上升。该研究可为受限空间流淌火火灾的探测设计提供理论基础。
[期刊] 林业科学
[作者]
满子源 孙龙 胡海清 张运林
【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。
[期刊] 浙江林学院学报
[作者]
宋丽艳 周国模 汤孟平 余树全 郑文达 刘学松
为定量描述林火行为以辅助扑救决策,利用地理信息系统(GIS)软件建立林火蔓延模拟的空间背景并生成相应数据,运用林火蔓延模型且综合考虑火场地形、气象及可燃物类型等因子,采用点到点的传播方式,用Visual Basic 6.0开发软件,最终实现林火蔓延的动态模拟。模拟的结果表明,在地形条件一定的情况下,林火的初始蔓延速度和风速的大小对林火蔓延有明显的影响,不同的初始蔓延速度会导致不同的蔓延结果,随着初始速度的增大,蔓延面积也相应增加;不同的风速形成的火场面积不同,随着风速的增大,蔓延面积也相应增加,但火场的形状相似;坡向不同,接受阳光的照射不同,温度、湿度、土壤和植被都有差异,一般南坡比北坡更容易...
关键词：
森林保护学 森林火灾 林火蔓延模型 模拟
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
杨皓元 水凯 王振华 陈思怡 尤飞 张云
高压输电导线作为输电系统的核心部分，一旦发生火灾将可能造成严重的后果。目前针对电极形状对输电线路间隙击穿的定性定量研究较少。该文利用30 kV·A/50 kV高压工频放电系统、丙烷喷射模拟火源以及棒/板2种不同形状电极，从击穿电压、击穿极性特征、击穿电弧特征3个方面研究了火焰条件下电极形状对间隙击穿特性的影响。研究发现，火焰条件下间隙距离小于8.0 cm时击穿波形具有“两期两点”特征，即击穿前“放电诱导期”、临界击穿时“间隙击穿点”、击穿产生电弧后“电弧导通期”、电弧阶段性消失时“击穿消失点”。通过设置不同间隙距离，测量不同电极组合的平均击穿电压和平均击穿场强，发现随间隙距离增大，棒-棒和棒(阴)-板(阳)电极击穿电压值增加速率分别为最低和最高。相较于空气间隙击穿，火焰条件下由于存在火焰流场和热浮力，间隙击穿具有更明显的极性特征，不同电极形状会影响正负周期形成导电通道的概率。击穿方向为正周期时，棒(阴)-板(阳)电极组合击穿概率最大，击穿方向为负周期时，棒(阳)-板(阴)电极组合击穿概率最大。研究结果表明：击穿电弧演变过程可分为导通阶段、燃烧阶段和熄灭阶段，火焰条件下电弧体积明显增大，向上漂移程度更剧烈，且火焰流场和热浮力会改变电极预设放电位置。该研究对山火防治以及山区高压电网的安全运行具有重要意义。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
高云骥 杨正渊 罗越扬 张佩瑶 郭瀚文 张玉春
前人对于不同倾斜条件下导线火蔓延特性的研究主要考虑导线单根布置的情况,对于导线相邻并排布置情况的研究较少。该文基于可调间距倾斜平行导线火蔓延实验平台,开展了不同倾斜条件(0°、 30°、 60°、 90°)下单导线及相邻双导线火蔓延特性对比研究,分析了火焰形态、火焰长度、火焰高度、火蔓延速率和温度等火蔓延特征参数的变化规律。通过实验研究发现:在单双导线火蔓延过程中,熔融绝缘材料会发生滴落和流淌行为,且相邻双导线发生滴落和流淌的频率大于单导线;双导线的平均火焰高度和火焰长度始终大于单导线,且单双导线平均火焰高度随着倾斜角度的增加先增大后减小,平均火焰长度随倾斜角度的增加而增大;由于双导线火蔓延存在传热和卷吸作用重叠区域,导致其火蔓延速率始终小于单导线。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
王喆 安伟光 唐艳华 徐剑坤
狭长受限空间的火羽流及烟气层行为与常规建筑存在显著差异，其火源燃烧行为和烟气蔓延特性在热安全工程领域具有重要科学意义。开展研究性实验教学是实现消防工程专业培养目标的重要手段，为了提升实际教学效果，建立了融合“虚拟-实体、科研-教学、理论-实验”三位一体的实验教学方案。采用中尺寸实验平台进行火灾实验，按照实验设计、系统搭建、实验操作、教学结果来整体安排实体实验；通过Pyro Sim建立虚拟仿真场景、采用FDS进行模拟计算、通过场模拟图记录实验教学结果，使学生感知火灾发生发展的动态过程。通过实验展现了抽象理论知识的立体形态，有效地培养了学生的创新实践能力。
[期刊] 林业科学
[作者]
方祥 王海晖 陶骏骏 盛昌栋
【目的】基于辐射换热原理和火行为模型,从理论角度研究林火蔓延过程中火源辐射换热规律以及辐射点燃的特点。【方法】林火蔓延过程中的燃烧区为辐射源,其向火蔓延前方的热辐射等效为矩形辐射面。矩形热辐射面的长度为火焰长度,宽度对应火线宽度;环境风速的变化导致热辐射面出现不同程度的倾斜。选取枯立木和枯倒木这2类林火环境中典型可燃物作为辐射接受体,并分别设定接受体微元距地面1.5 m高和贴于地面。将林火蔓延以及至林缘后熄灭过程中对目标物的辐射换热分2个阶段计算,由此推导出接受体的瞬态辐射换热通量和累积的辐射换热量的计算式,并相应构筑辐射点燃的判据。与此同时,结合以往对林火行为规律的认识建立起林火蔓延以及至林缘衰弱熄灭过程中火行为参数间的关系式以辅助模型计算。基于火灾安全计算的有效性原则,设定火灾场景为最糟糕情形,即火焰温度赋值为1 200 K、发射率为1.0,并且一般情形下热辐射在大气中透过率为1.0。计算过程中,取火焰火宽度50 m,火焰长度变化范围为5 m～40 m,而风速变化范围则为0 m·s~(-1)～10 m·s~(-1)。【结果】针对特定野外试验工况试算结果确认,辐射换热通量计算结果与野外测量数据高度一致,由此验证了辐射换热模型的可靠性。针对若干火灾场景开展系列计算表明,无论是接受到的辐射换热通量还是累积辐射换热量,枯立木相对于枯倒木都占有优势,但这种优势随环境风速增大有所削弱。火焰蔓延至林缘后对接受体的辐射换热为其能量积累做出主要贡献,是造成辐射点燃的主要能量来源。【结论】随着接受体与林缘间距离的增大,目标物的能量积累水平迅速降低;火焰长度和环境风速则通过改变热辐射辐射换热效率和持续时间以影响辐射点燃的条件。以林缘附近枯立木作为接受体开展热辐射点燃条件的计算证实,当树冠火焰长度增至40 m,30 m以上间隔都能有效避免辐射点燃现象。如果替换成生物防火林带,该间隔则可以大大缩短。本项工作凸显生物防火林带在阻隔林火中的重要性,同时为林火阻隔系统的设计以及林区设施的保护提供特定理论指导。
[期刊] 城市发展研究
[作者]
张晓青 郑小平
日本在二战后经历了高速经济增长和快速城市化,出现了城市蔓延现象。在日本,城市蔓延一般是指缺少公共服务地、向邻近非城市区域弥漫式扩展,这种开发模式是地方政府在实施城市规划中对发展的企业、土地持有者和中央政府等做出让步的结果,并产生了高额社会成本、财政成本和土地成本。虽然日本城市规划者将土地重整视为城市规划之母和抑制城市蔓延的有效手段,但并未达到预期效果。最近日本政府提出建设紧凑城市的政策,旨在降低小汽车依赖性和重新繁荣市中心以应对不断减少的人口和快速老龄化。
关键词：
城市蔓延 日本 土地重整 紧凑城市
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
唐晓燕 孟宪宇 易浩若
为了研究林火行为的预测预报及林火蔓延模拟的可视化问题 ,该文在分析了林火蔓延及其影响因子的基础之上 ,阐明了几种林火蔓延模型及其适用性 ,评述了选用不同的林火蔓延模型对实际火场的预测预报具有的重要理论意义及实用价值 ,初步分析了蔓延模型选择的 4个基本出发点 :模型的功能、模型适用的地区和植被类型、模型的假设条件、模型的检验频数等 .在假定已有蔓延模型的基础上 ,分析了国内外林火蔓延研究的发展状况 ,指出了在林火蔓延模型的基础上以地理信息系统为平台的林火蔓延模拟已成为林火行为预测预报的主要方向 ,同时讨论了林火蔓延模型和蔓延模拟的发展前景
关键词：
森林防火 林火模型 林火行为 模拟
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
李勇 冯仲科 王维 葛斌
为了更好地研究林火的发生、发展规律,人们通过实验、观测等手段获取数据建立林火蔓延和预测模型.该文基于对林火的研究,从MODIS数据出发,利用遥感图像的数据融合技术进行图像的增强,从融合后的图像获取建模数据序列,采用灰色理论来建立林火蔓延和预测模型.该模型具有建模简单,模型的通用性强,建模数据获取容易并有利于推广.从建立的灰色模型看,预测相对误差小于1%的占50%,预测相对误差小于5%的占25%,预测相对误差在5%~10%的占25%.
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
唐晓燕 孟宪宇 葛宏立 易浩若 杨晓峰
为研究定量模拟林火行为对林火决策的重要性和林火扩展的时空特性 ,该文在地理信息系统 (ArcView)支持下 ,建立了火场扩展模拟的空间背景数据库 .在此基础上选择了两个组合模型 ,生成速度图文件 ;通过比较边界插值算法、边界外延算法和迷宫算法的不同特点 ,最终采用迷宫算法实现了在栅格地形背景图上林火蔓延的动态模拟 ,获得了在不同燃点有风和无风情况下的蔓延扩展历时图 ,分析得出风速对林火蔓延扩展的影响较大 ,不同燃点下火蔓延的态势是陡坡火蔓延迅速 ,扑救难度大 ;缓坡较陡坡火蔓延的速度慢 ,范围较小 ,宜尽早从火头打起 ,尽早扑灭 .
关键词：
林火蔓延 模拟 栅格结构
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