森林可燃物上坡地表火蔓延的模型与实验研究

发布时间：2021-01-30 16:06

　　地形坡度是森林地表火蔓延的重要影响因素。构建火蔓延模型作为主要的研究手段之一,其目标是准确预测火蔓延速率。火蔓延物理模型基于能量守恒方程,通过对火蔓延过程中燃烧、传热和流动机制模化,建立偏微分方程（组）,实现对火蔓延速率、温度场和热释放速率等参数的预测,其坡度适用范围相对于不考虑传热过程的经验模型而言有大幅提升。但模型预测结果与实际测量相比仍存在一定偏差,预测精度与输入参数的不确定性及范围有关。本文对于一个典型的上坡火蔓延物理模型开展参数敏感性分析。该物理模型包含火焰辐射、自然对流冷却和辐射热损等传热机制。模型计算所需的初始条件和边界条件,都需要输入参数,这些参数可以依据不确定性来源分为三类:热物理参数、测量参数和假设的参数。分析过程中,综合考虑各参数的物理属性和实验测量值,获得参数的计算区间,在该区间内选择不同数值进行计算,计算结果用火蔓延速率的相对变化量以表征模型对该参数的敏感性。敏感性分析结果表明,引燃温度和平均火焰温度对模型预测结果产生重要影响。在不同的坡度条件下,需结合火焰燃烧特征来确定燃料有效消耗率和火焰发射率;根据火前流动方式（自然对流或强迫对流）选择相应的经验公式计算对... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号表
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状和不足
        1.2.1 火蔓延模型回顾
        1.2.2 模型敏感性分析
        1.2.3 火蔓延加速和爆发火
    1.3 论文研究内容与章节安排
第2章 火蔓延物理模型的敏感性分析
    2.1 引言
    2.2 火蔓延物理模型
    2.3 模型敏感性分析结果
        2.3.1 燃料有效消耗率
        2.3.2 引燃温度
        2.3.3 火焰温度
        2.3.4 火焰发射率
        2.3.5 火焰长度与火焰夹角
        2.3.6 对流换热系数
    2.4 模型敏感性分析讨论
    2.5 本章小结
第3章 爆发火模拟实验
    3.1 引言
    3.2 实验装置和测量手段
        3.2.1 沟形火蔓延实验台
        3.2.2 实验测量与观察系统
    3.3 实验工况
    3.4 实验测量参数
        3.4.1 火蔓延速率
        3.4.2 火焰几何尺寸
        3.4.3 质量损失速率
        3.4.4 气体流速
    3.5 实验的重复性
第4章 爆发火蔓延实验结果分析
    4.1 引言
    4.2 火蔓延速率
    4.3 火焰燃烧特征
        4.3.1 燃烧失重速率
        4.3.2 燃料床滞留时间
        4.3.3 火焰附壁
        4.3.4 火焰高度
    4.4 火焰周边流动特征
        4.4.1 最大羽流速度
        4.4.2 正向流动范围
    4.5 火前传热机制分析
        4.5.1 对流加热作用
        4.5.2 火前热流分布
    4.6 本章小结
第5章 爆发火的形成机理研究
    5.1 引言
    5.2 形成爆发火的临界坡度
        5.2.1 火蔓延速率
        5.2.2 火焰深度
    5.3 火前流动分析
    5.4 火线强度分析
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 论文总结
    6.2 主要创新点
    6.3 下一步工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]峡谷地形中森林地表火蔓延实验研究[J]. 路长,朱霁平,邵占杰,周建军.  火灾科学. 2003(01)
[2]山火初始蔓延速度测算法[J]. 王正非.  山地研究. 1983(02)

博士论文
[1]上坡地表火蔓延的实验和理论研究[D]. 谢小冬.中国科学技术大学 2014
[2]外界风和坡度条件下地表火蔓延的实验和模型研究[D]. 武金模.中国科学技术大学 2014



本文编号：3009191