火灾科学概论

 一、引言火是人类的朋友,也是人类的敌人。从远古时期,人类发现了火,并利用它取暖、熟食,在不断地学习和掌握用火的过程中,实现了人类生活由野蛮到文明的飞跃.半个多世纪来,为了给研制和设计高效、净化的燃烧装置提供科学依据、燃烧学应运而生.近20年来,人们开展了对火灾发生、发展和防治机理的研究,逐步形成了和发展了一门新的学科一火灾科学.二、发展简史失去控制的火,给人类生命财产和自然资源带来损失,则成为火灾.火灾现象遍及城市与乡村,包括森林、建筑、油类,装备设施和交通工具等火灾,以及可燃气体和粉尘的爆炸等.     

基于MODIS数据的森林火险时空分异规律研究

森林火灾严重危害生态环境,引起了全球的高度重视。将从MODIS(MODerate-resolution imaging spectroradiometer)中提取的活动火点与历史火烧痕迹进行比较研究,发现MOD14A1(火掩膜数据产品a daily Level 3 1-km fire hot spot product)中提取的8+9波段适合消防监测,与现场勘察数据相比较吻合度高达0.83。使用MOD14A1中8+9波段结合相关数据对这个区域的长达11年(2000—2010年)的森林火灾发生的时间和空间分析,结果表明：火灾发生频率最多的是春季,秋季次之,夏天概率最低,除非干旱。通过对研究区域黑龙江省分析,针叶林和温带针阔混交林过火面积所占比例分别为53.68%,44%,草原区过火面积较小为2.32%。大兴安岭是主要的燃烧区域,面积达到64.74%,小兴安岭约为23.49%,而其他区域面积不超过5%。且火灾发生的较大部分森林有个平缓的斜坡(≤5°),大部分处于中海拔(200 m≤H≤500 m)。因此,通过卫星遥感对森林火区区域的时间序列分析,阐明火灾活动规律和气候、地形、植被类型的相互关系,有助于预测火灾区域危险性等级。     

基于Zigbee的高层火灾定位及语音报警系统

近年来,我国高层建筑火灾发生率呈逐年上升趋势,高层建筑防火和火灾报警的研究,显得尤为迫切和重要,其中火灾报警系统已成为必要的装置,对现代建筑起着极其重要的安全保障作用。提出了一种高层火灾定位及语音报警系统,该系统由Zigbee无线传感器网络、火灾探测器、语音单片机组成。当高层建筑发生火灾时,系统将通过火灾探测器自动判断火灾的发生,然后利用无线传感器网络在第一时间发送给各楼层终端设备,自动触发各楼层语音单片机播报火灾发生的具体楼层和逃生注意事项,可以让人们更快做出反应、选择更合理的逃生方式,为楼内人员的逃生赢得宝贵时间,由此可最大程度地保护人们的生命安全。因此,对高层防火系统的研究可大大降低居民住宅、写字楼、宾馆、饭店等高层建筑的火灾损失。     

基于突变论的林火蔓延分析

在对森林火灾进行能量和质量守恒分析的基础上,把尖点突变模型应用于森林火灾蔓延的预测,使突变理论在 森林火灾的模型中从理论上有了初步的应用。文中计算了林火发生突变时的一些分歧点,分析了林火突变的特点和变化规 律。     

基于移动机器人的室内火灾预警点探测与定位的方法研究

火灾探测技术已成为对火灾进行预防的重要手段之一,目前常用的固定式火灾探测装置不能自主的探测和定位到火警点,对火灾发生初期的预防和灭火有一定的局限性。论文针对该问题,在分析火灾探测技术的基础上,提出一种多位姿仿人鼻的火灾探测装置,并制备出样机,同时尝试将其与可移动机器人结合来实现对室内火警点的探测和定位。基于不同的烟雾情况制定出不同的探测准则,根据该准则进行路径轨迹仿真,经过仿真结果可以看到移动机器人最终定位到火警点的位置。可移动的火灾探测装置在探测和定位到火警点的过程中,若所在空间中由拐角或家具死角导致烟雾扩散有聚集死角的情况存在,会对探测和定位过程造成很大的影响,仿真实验中的移动机器人在探测和定位火警点中的轨迹可以看出死角的存在虽然影响了对火警点的探测,但最终还是能够探测和定位到火警点,其路径轨迹表现出很好的一致性和连续性。     

油池火焰前锋的数值研究

应用化学流体力学基本定律,建立了描述油池火灾过程的基本控制方程组和油池表面平衡方程,并对油池火灾过程进行数值模拟,注重研究来流风速变化对油池火焰前锋的影响,计算结果定性合理.     

早期火灾图像监测技术的应用与比较

本文对可提供图像信息的火灾物理现象进行了具体分析，讨论了利用摄像技术进行早期火灾探测的可能性、使用条件以及图像监测技术在火灾探测中的地位和作用，进行了若干种图像监测技术的对比实验，得出了相应的结论。     

远离火源位置点烟气浓度变化规律的实验研究

建筑火灾致死的主要原因是烟气,且伤亡人员主要在远离火源位置处。本文在小尺度实验装置上进行了大量的实验,系统研究了燃料充分燃烧变化时的规律、烟气浓度在通道远点的变化以及两者的相互关系,推导了远距离处烟气浓度变化的关系式。     

大型室内体育场馆火灾烟气充填及排烟措施研究

模拟了大型室内体育场馆火灾烟气的充填过程。对比了不同排烟条件下(自然排烟和机械排烟)烟气沉降过程。数值模拟结果表明,在无排烟情况下,烟气在大空间体育场馆内的温度并不高,但烟气层下降速度很快。对比不同的排烟方式,发现顶棚自然排烟有良好的排烟效果,顶棚机械排烟效果取决于机械排烟速率与自然排烟速率的相对大小。侧壁机械排烟系统只有在烟气蔓延到排烟口以下才有明显的效果,并且在流量大小一定情况下,侧壁排烟口位置和数量对排烟效果没有明显影响。     

用消光系数比表征火灾烟雾的分类特征

提出了一种表征火灾烟雾分类特征的方法,采用两个已知波长的消光系数的比值表征火灾烟雾的本质特征.研究表明:两个已知波长的消光系数比仅与烟雾粒子群的粒径分布、平均粒径和折射率有关,排除了烟雾粒子浓度的影响,通过对火灾烟雾进行简单的光学测量和计算,即可得到火灾烟雾的分类特征 关键词： 消光系数比 火灾烟雾 分类特征     

基于颜色模型和稀疏表示的图像型火焰探测

常用的图像型火焰探测算法是提取火焰在图像上表现出的单个特征信息或其有效组合作为识别的依据,需要大量的训练样本进行学习与参量优化,且识别率对特征选择的要求也很高.本文从火焰的整体特征考虑,提出了基于颜色模型和稀疏表示模型相结合的图像型火灾探测方法.首先在HIS空间建立颜色模型对火灾图像进行预处理提取出疑似区域,建立稀疏表...     

基于图像探测的早期火灾烟气模式研究

烟气是火灾过程中的重要物理现象。为改进早期火灾探测和预警,需要对基于图像探测的火灾烟气模式加以研究。以不同应用背景为依据,对烟气模式提出分类研究的思想。并以提高图像探测的可靠性和灵敏度为目的,对烟气的图像信息特征进行分析,提出了建立早期火灾烟气模式的设想。     

基于CCD图像的火灾空间定位方法

大空间中火源的空间位置的定位,一直是火灾自动探测与自动扑救中的难点。研究了一种利用单一CCD摄像头进行火灾自动空间定位的方法。根据计算机视觉原理,利用固定在自动消防水炮末端的CCD摄像头随水炮旋转扫描时的角度、位移变化,将CCD摄像头在不同位置所拍摄的图像中火源图像坐标和火源的空间坐标建立联系,从而实现了火源空间位置的自动定位。     

火焰光谱探测器检测用光源设计

 火焰探测器被广泛运用于各种火灾防范系统。文中论述了火焰探测器的应用、产品结构特点以及火焰探测器检测技术。在此基础上提出了一种探测器检测所用光源。该光源由黑体和紫外灯组成,利用黑体温度与峰值波长的对应关系并结合滤光片及光栏的选择,构造人工火焰。达到检测火焰探测器的目的。文章从理论上给出系统光谱辐照度表达式和系统仿真结果,同时也给出了实际测量结果。包括用标准探测器对黑体标定的结果、紫外光源测量结果以及红外谱段内黑体与标准火焰的比对结果。测量结果表明该系统可以满足常规火焰探测器检测的需求。     

地下组合受限空间火灾分区实验与数值分析

本论文对地下组合受限空间火灾初期的分区现象进行了模拟试验和数值分析。地下组合受限空间火灾呈现出特殊的分区现象。一般可分为燃烧区、新鲜空气补充区、烟气流区、过渡区和火焰后面的“惰化区”五区。有上下两层的地下复杂组合受限空间可分为燃烧区、烟气流区、新鲜空气补充区和“惰化区”4区。将数值模拟分析结果与实验结果进行了比较,二者吻合较好。研究表明,本文所采用的组合受限空间火灾三维模拟分析模型,是一种既能实现对实际结构复杂火灾现象的模拟分析又能在一定程度上满足实际工程要求的较好分析方法。     

无人机视角下的林木爆燃火特性研究

森林火灾“爆燃”现象的特征是突然发生的高强度、高蔓延速度的燃烧。目前为止，关于“爆燃火”的原因还没有达成共识。以无人机视角下对林木爆燃火特性研究，以四川木里特大森林火灾为研究对象，通过分析凉山州某森林扑火部队3月31日木里森林火灾当天KWT（科卫泰）无人机航拍火场画面，结合无人机实时影像及实地调研数据，分析了峡谷地形林火蔓延时空特征，探讨了峡谷中风向风速变化时空分布规律，研究了地形变化条件下，不同海拔高度风速特征，建立了无人机倾角测量风速模型（其中为风速m·s-1，为无人机倾角°）。结果表明，高山峻岭特殊地形环境下每天4:00—12:00时间段为静风期，为峡谷林火扑救最佳时期；午后15:00—17:00和晚上20:00—22:00为山谷地形风速活跃期；仿真软件数据显示山顶、谷底与山腰不同海拔位置的风速风向不统一，谷底会产生乱流现象，且风速与海拔不存在正相关关系，小气候在复杂地形中占主导影响地位；在谷口至山谷深处的中间位置会出现气流速度的波峰状态，并易形成乱流，为爆燃火发生提供了客观必要条件。该研究可为复杂地形环境下，森林草原火灾扑救安全提供数据和技术支撑。