燃料载荷和含水率对平坡地表火蔓延影响实验研究

燃料载荷和含水率是森林火灾中地表火蔓延的重要影响因素.选取香樟叶和云南松松针作为研究对象,开展了不同燃料载荷和含水率条件下平坡地表火蔓延实验.研究结果表明:同一燃料载荷下,随含水率增大,火焰长度、火蔓延速率、火线强度和辐射热流减小,滞留时间增大;同一含水率下,燃料载荷增大,火焰长度、火蔓延速率、火线强度、辐射热流和滞留...     

采伐迹地燃烧物热释放及气体释放特性

设置全尺寸燃烧室,模拟采伐迹地地表可燃物的蔓延燃烧,研究不同含水率和风速条件下的热释放速率、热释放总量和O_2、CO_2、CO体积分数的变化规律。实验结果表明,含水率增加,风速不变时,燃烧床燃料在蔓延燃烧过程中,热释放速率和热释放量减小;风速变大,含水率不变时,热释放速率和热释放量增大;含水率增大,O_2体积分数较高,CO_2体积分数变小,CO体积分数增大;风速增加,O_2体积分数相对变小,CO_2体积分数增大,CO体积分数减小;CO体积分数的变化呈现出明显的双峰曲线形状,双峰之间还有一段鞍底较平稳的阶段。     

环境风作用下聚氨酯泡沫水平火蔓延行为实验研究

为探究环境风速对聚氨酯泡沫水平顺流火蔓延的影响,开展多组工况对比实验,分析不同侧向风速对火蔓延典型特征参数（火焰形态、质量损失和近域场温度及辐射）影响。实验结果表明：侧向风速会缩短热解前锋预热角形成时间,且预热角度大小与风速呈负相关,预热角减小会增大火焰前锋对预热区热反馈面积,使火蔓延速度增加;火焰前锋受侧向风速拉伸效应主导下的空气卷吸作用,火蔓延过程中熔融滴落频率增大,加大次生火灾危险性;同时火蔓延过程中材料的质量损失率随风速增加而增加;风速的冷却效应在火蔓延前期占主导地位,但仍会促进火蔓延速度,且水平板材上下两侧辐射峰值差逐渐增大。     

通风对受限空间燃油热释放率的影响

在全尺寸热释放率实验台的基础上,搭建了不同通风形式下的油池火燃烧实验台,研究了在受限空间中风速、油盘面积、风口与油盘距离、风口朝向角度及风口直径等对乙醇燃烧过程中热释放率的影响。结果显示:在第1、第2阶段中,热释放率随风速的增大而增大,随风口朝向角度与45°的差值逐渐增大而减小,随风口直径增大而减小;热释放率峰值随油盘面积的增大而增大,随风口与油盘距离的增大而减小。     

纵向通风及坡度对隧道池火燃烧速率影响实验研究

采用1∶15的缩尺模型隧道,隧道坡度范围为0～10%,进行纵向通风风速为0～2.5 m/s的乙醇和正庚烷池火实验,研究坡度与通风风速对油池火燃烧状态的影响。油池采用厚度1 mm的不锈钢板打造,边长为8 cm和10 cm。随着纵向通风风速的增加,乙醇池火的燃烧速率先下降后上升,正庚烷池火在水平隧道和坡度为5%的情况下,燃烧速率也呈现先下降后上升的趋势。但在隧道坡度为10%的情况下,正庚烷的燃烧速率单调增加。火焰倾斜角随风速的增大先迅速增加后缓慢增加。     

长白山6 种主要森林类型地表凋落物燃烧性实验研究

以长白山黄松蒲林场6 种主要森林类型林地内凋落物为对象,研究长白山林区地表凋落物的燃烧性。在长白山黄松蒲林场的白桦林、针叶混交林、针阔混交林、落叶松林、阔叶混交林和杨树林6 种主要森林类型林地内设置样地,通过外业调查、混合采样的方式收集地表凋落物并进行燃烧实验,测定火蔓延传播的速度、燃烧温度和质量变化。通过改变实验风速、坡度和坡向,研究不同条件对火行为、火蔓延速度和烧损率的影响。实验结果表明：长白山地区地表凋落物的火强度从大到小排序为白桦林、针叶混交林、针阔混交林、落叶松林、阔叶混交林、杨树林,白桦林的火强度最大,为460.23 kW/m,杨树林的火强度最小,为367.09kW/m;风速越大,地表凋落物火蔓延速度越大;风速为6 m/s 时,燃烧过程平均温度最大,烧损率最高,当风速小于2 m/s 或大于8 m/s 时,可燃物无法完全燃尽;上坡火坡度增加时,地表凋落物的火蔓延速度增加,烧损率减小;下坡火坡度增加时,地表凋落物的火蔓延速度减小,烧损率增加。     

原木燃烧羽流的试验研究与数值模拟

采用落叶松作为试验原木材料进行室外燃烧试验,水平和竖直方向设置热电偶,研究在0、2 m/s风速条件下原木燃烧时火羽流温度随时间的变化情况。采用FDS模拟原木燃烧火羽流温度,与试验结果进行对比。结果表明,FDS能够模拟原木燃烧火羽流的温度变化规律;火羽流中心线轴向温度随着高度的增加而降低,随着风速的增大降低的程度越大;经典模型可以预测原木燃烧火羽流的中心线轴向温度。     

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。     

华南地区森林地表可燃物火蔓延速度特性的实验研究

摘 要：华南地区植被丰富,人类活动频繁,一旦发生森林火灾,后果严重。为探究华南地区森林地表可燃物种类和燃料床特性对火蔓延速度的影响规律,给扑救森林火灾提供参考数据,通过实地采样与室内燃料床火蔓延速度测量实验,定量分析了森林地表可燃物火蔓延速度特性。实验结果表明,桉树叶燃料床在5种燃料床中蔓延速度最快,加上其在该地区的种植情况,具有较高的火灾危险性。得到了桉树叶燃料床特性对火蔓延速度影响的规律,发现含水率开始增加阶段,蔓延速度衰减很少,含水率超过14%后,蔓延速度快速衰减,到18%后蔓延速度衰减再次减少;蔓延速度与厚度成幂函数关系,厚度增加使蔓延速度增加;堆积密度、宽度对火蔓延速度影响不大。     

可燃液体自由表面燃烧特性的数值模拟

依据小尺度汽油燃烧实验模拟法确定边界条件,采用数值模拟方法进行汽油池火燃烧模拟。数值模拟结果和实验结果具有一致性:用非稳态数值模拟的火焰热辐射随燃烧的进行逐步增加;热辐射分布以火焰的高温区分布较强;火焰中各组分如氧气消耗量、C(s)等质量浓度与燃烧时间的无量纲关系曲线与燃烧过程的温度分布一致,且遵循双曲线变化规律。采用稳态模拟方法得到不同风速条件下火焰倾角与风速之间的变化曲线,有风时火焰温度较无风时增加,且随着风速的增加而增加(实际上存在某个临界风速);有风时火焰热辐射分布随火焰的倾斜而改变,下风向热辐射明显,上风向则较低,且热辐射波及范围较无风时增大。     

风速对木垛火燃烧速率的影响

正木垛火作为标准火,既可以用于房间火试验,也可用于林野火燃烧速率试验。林野火的主要特点是普遍受风速影响。美国农业部林业局选取不同尺寸的燃烧木垛在0~0.7m/s风速下开展试验,研究风速对林野火燃烧速率的影响。结果表明,风速对燃烧速率的影响取决于燃料层厚度,较大尺寸的燃料因孔隙率大其燃烧速率增加明显,     

燃料间距对PMMA竖向火蔓延行为的影响

以PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）板（8 cm×10 cm×1 cm）为实验材料,开展不同燃料间距（0~10 cm）的竖向火蔓延实验,分析火焰高度、燃烧速率、热解前锋位置及点燃滞后时间的变化规律。结果发现,随着燃料间距增加,固体表面的净火焰高度与燃烧速率均呈现先增大后减小的趋势。此外,火焰在相邻固体燃料表面的蔓延过程中出现“点燃滞后”现象,点燃滞后时间随着燃料间距的增加呈指数级增长。     

不同底床坡度下的堰塞坝溃决过程研究

针对缺乏底床坡度对堰塞坝溃决过程影响的现状,采用7种底床坡度(1°,2°,3°,7°,9°,11°,13°)进行堰塞坝溃决试验,结果表明:不同底床坡度条件下的堰塞坝溃决过程分为3个阶段,其中第I阶段溃口发展缓慢,在背水坡形成明显的水流坡折点,第II阶段溯源侵蚀强烈,溃口快速下切和展宽,溃口类似于梯形,第III阶段水沙运动减弱并趋于平衡。峰值流量与底床坡度呈非单调关系,其随底床坡度的增大先增大后减小。当底床坡度较小时,溯源侵蚀是溃口下切的主要动力;随底床坡度逐渐增大,牵引侵蚀对溃口纵向和横向发展的作用增大。溃口宽度与深度之比随底床坡度的增大先增大后减小,且以3°为分界值。溃决后的溃口宽深比随底床坡度的增大呈先趋于1,后渐小于1的规律。     

华山松林地表可燃物着火及蔓延特征研究

在云南森林自然中心石关和园宝山华山松连续分布区设置样地,沿对角线设置6块2 m×2 m块小样方取样,采用200 cm×120 cm×32 cm铁质燃烧床进行实验,将燃烧床坡度设置为10°,测定可燃物的引燃时间、续燃时间、无焰燃烧时间、热辐射特征以及烧损率等参数,表征其着火特征和蔓延特征。结果表明,两处地表可燃物引燃时间为1~3 s,易引燃;石关上坡火续燃时间相对较短,约150 s;园宝山下坡火无焰燃烧持续较长,最长达345 s。园宝山上坡火速率均大于石关上坡火速率;上坡火的损烧率最高为88.29%,下坡火最高为76.13%。     

落叶松原木燃烧特性的实验研究

使用含水率为16%~23%的落叶松原木,在不同的通风时间、不同的通风量以及不同体积的引燃燃料的工况下进行落叶松原木燃烧温度场、热释放速率、烟气特性的实验研究。结果表明,燃烧过程中,燃烧室通风时间会影响落叶松原木燃烧温度场的稳定性,落叶松原木燃烧温度场会随着引燃燃料体积以及通风量的增大而升高;热释放速率与通风量呈正相关的关系;引燃燃料体积越大,燃烧的初始热释放速率越大;通风量的增加会加快燃烧反应,使CO2体积分数上升,而后趋于稳定,CO的体积分数先上升后下降。     

断面宽度对纵向通风隧道火风压影响研究

针对不同断面宽度隧道中发生火灾时的火风压变化问题,利用Fluent软件模拟隧道内发生火灾的情况,分析隧道宽度对临界风速的影响以及隧道宽度、火源功率和通风速度对火风压的影响。研究表明,火源功率较小时,宽度越小的隧道,临界风速越大;随着火源功率的增大,临界风速之间的差距减小。火风压中火区绕流阻力和热烟摩阻增量会随着风速的增大而相互作用。导致火风压会先随风速的增大而增大,到达一个峰值后会随着风速增大而减小,最后当通风速度增大到临界风速后趋于稳定的数值。随着隧道宽度的增大,通风速率对火风压的影响逐渐减弱。建立不同宽度隧道在不同通风速率和火源功率下的隧道火风压计算公式,为隧道火灾通风设计提供参考。     

强降雨对边坡稳定性的影响分析

针对黄土边坡在降雨条件下的稳定状态变化,分别以边坡比、降雨强度和降雨持时为变量构建了200个降雨模型。基于Fredlund理论结合有限元数值模拟软件和土力学方法,分析在24 h内不同坡度边坡的体积含水率和孔隙水压力随雨强和降雨时间的变化而产生的变化,并通过极限平衡理论求得由于雨强和坡度变化后的边坡稳定性系数。结果表明:不同雨强下边坡达到失稳状态的降雨时间不同;在边坡坡度不同的情况下,随着雨强的增大其相对应的稳定性系数会逐渐减小;随着降雨历时的增加,坡肩和坡脚的体积含水率等值线和孔隙水压力等值线最为密集。     

林地腐殖质火阴燃特征研究

为了掌握林地腐殖质火阴燃温度变化特征。以南京栖霞区丁山的地表腐殖质可燃物为研究对象,将可燃物种类、可燃物燃烧深度、含水量、风速分别作为自变量,在其他条件相同的情况下分组实验对照,建立了初步的阴燃蔓延模型,得出相关实验数据。数据表明,枯立木阴燃温度最高能达到689 ℃;地表土阴燃燃烧深度越深,阴燃持续的时间就越长,发生在土层表面横向的阴燃火蔓延决定了阴燃林火的范围,此外,因为阴燃的地下燃烧特征,阴燃会在地下将可燃物烧净,而地表没有燃烧,从而呈现空洞特征;当含水率大于42.3%时,腐殖质复燃的可能性极低;通过对比观察结果,风速对阴燃的复燃影响最为显著,燃烧深度则影响阴燃时间和燃烧范围。相关研究为今后的森林消防工作提供部分理论依据和实验数据支撑。     

典型单跨低坡度双坡屋面的风致雪堆试验研究

为研究低坡度双坡屋面的风致积雪分布特性及雪荷载分布模式,设计研发了一套风吹雪联合试验装置,以高密度的石英砂颗粒模拟雪粒子,分别开展有无降雪条件下6种来流风速(有降雪1.5～2.5 m/s,无降雪4.6～6.1 m/s)、4种屋面坡度(5°、10°、15°、20°)的风吹雪风洞试验,共计24个试验工况,并就屋面中剖面积雪深度系数、积雪深度系数最大值及所在位置、雪荷载不均系数和雪颗粒净捕获系数等展开分析。结果表明：在多数工况下,低坡度双坡屋面积雪分布仍然呈明显的非均匀性,且降雪会显著影响积雪形态。对于迎风屋面,有无降雪条件下积雪深度系数均随来流风速的增大而减小,随坡度的增大而增大;积雪深度系数最大值点位置随风速增大逐渐远离屋檐,随屋面坡度的增大则呈近似线性移近屋檐。对于背风屋面,屋脊遮蔽效应容易导致积雪堆积,且积雪深度系数随风速增大而增大。随着坡度增大,背风屋面的雪颗粒净捕获系数增大,表明迎风屋面被输运的雪颗粒更容易在背风面沉积,从而加重屋面积雪分布的不均匀性。基于分析结果,归纳有无降雪影响下屋面雪荷载的典型不均匀分布模式,可为类似屋盖的抗雪设计提供参考。     

隧道火灾拥塞状况下纵向临界风速研究

采用小尺寸实验和数值模拟方法,通过改变阻塞车辆的横截面积和阻塞车辆数量、研究阻塞比和阻塞长度对临界风速U_c的影响。结果表明:U_c随阻塞比增大呈显著下降趋势,两者存在一定的线性关系,且U_c的减小率大致与阻塞比相同;U_c随阻塞长度增加呈上升趋势,且临界风速增大程度随着阻塞车辆长宽比增大而减小,当阻塞车辆长宽比增加至一定值时,临界风速几乎不变。结合实验和数值模拟结果,提出考虑阻塞比和阻塞长度的临界风速计算公式。