火灾烟颗粒的分形结构形状模拟与光散射计算

《火灾烟颗粒的分形结构形状模拟与光散射计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第’0卷第&&期"$$%年&&月物理学报TU8+’0，SU+&&，SUVC5WCX，"$$%&$$$4#"F$L"$$%L’（0&&）L0%#04$02MN2OPQ(RM2(RSRM2!"$$%M:7;+O:=@+(UB+###############################################################火灾烟颗粒的分形结构形状模拟与光散射计算!!乔利锋张永明谢启源方俊王进军（中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥"#$$"%）（"$$%年&月&&日收到；"$$%年"月

2、’日收到修改稿）针对火灾烟颗粒的形状特点，提出并建立火灾烟颗粒分形结构凝团的形状模型，并对烟颗粒扫描电镜（()*）图像进行分析，获取分形结构模型中的单个凝团中基本颗粒个数、凝团分形维数、基本颗粒半径等参数+利用该模型对火灾烟颗粒的形状进行模拟的结果表明，该模型能够较好反映出烟颗粒的形貌特征+利用形状模型对火灾烟颗粒散射进行初步计算表明，在其他参数相同的情况下，相对于同体积的球形颗粒，分形凝团具有前向散射较弱，后向散射较强的特征+关键词：感烟探测，火灾烟颗粒，分形模型，颗粒光散射!"##：,"%$-，$’’’，.""’

3、/数烟颗粒的形状具有近似分形的结构+这种结构的&E引言烟颗粒散射可能具有不同于球形或椭球形散射的特［F］征+非球形颗粒光散射理论及计算方法的发展，使火灾探测是防止火灾发生的重要手段，光电感得计算这种不规则形状颗粒的散射成为可能［&$—&"］+烟探测器是当前火灾探测报警系统采用最广泛的常本文通过分析烟颗粒的()*图像，建立了烟颗粒的［&，"］规传感器+然而光电感烟探测器存在着容易受非分形结构形状模型，并利用这种形状模型，对烟颗粒［&，"］火灾烟雾颗粒如粉尘等干扰而发生误报等问题+的散射进行了初步的计算+光电感烟探测器是

4、利用烟颗粒对光的散射作用进行火灾探测，深入研究对烟颗粒及干扰源的散射特性，"E火灾烟颗粒形貌及形状模型对发展光电感烟火灾探测技术，降低光电感烟探测［#］器误报率具有重要的理论意义和实用价值+$%&%凝团的分形结构模型建立火灾烟颗粒的形状模型，进而对火灾烟颗粒的光散射进行模拟计算，是研究火灾烟颗粒光散火灾烟颗粒多具有近似分形的结构+图&所示射特征的重要手段，利用这种方法可以在使用较少为G1.%&’4F#所规定的几种标准实验火烟颗粒()*成本的情况下，预测火灾烟颗粒散射所可能具有的图像+这种结构可近似看作由一些大小相同的

5、球形特征+由于当前所采用的形状与散射模型都包含众基本颗粒组成的具分形结构的凝团，其几何参数满多的假设与近似条件，使得这些计算结果不能直接足以下的统计规律［0］：应用在实际的火灾探测中，必须要经过实验的验证+#%I

6、下的关系：椭球［"］散射模型+然而，基于燃烧学领域对燃烧产物!"&$""［.—,］#?@AB+CD?+B;##期乔利锋等：火灾烟颗粒的分形结构形状模拟与光散射计算)4$4!!#!!"!"，（$）!!""#!式中!和!分别为凝团以及各个基本颗粒的中心!"位置向量，运算符·表示对向

7、量取模%图+由顺序迭代算法所生成的凝团几个参数以及凝团回转半径&均可以同过分析烟1颗粒的&’(图像来获得，（#）式所描述的为一个三维的模型，&’(图像可看作三维几何体在两维空间里的投影，对&’(图像的分析过程即为通过两维空图#几种标准实验火烟颗粒的&’(图片间内的投影来推算三维空间几何体的几何参数信息%可以使用一种顺序填充的算法来生成满足（#）使用23.4#567$中的正庚烷标准实验火，在火［)］式关系的凝团%凝团中的基本颗粒可以用一系列焰上方#5—#$!89的范围内进行烟颗粒的采样，利直径相同的小球体来代替%设当前

8、凝团中有!*#用扫描电镜拍摄不同放大倍数的图像，即获得分析个基本颗粒，且凝团的各个几何参数满足（#）式统计用的&’(图像%对图像分析的过程可概括为移除图规律，再往该凝团中添加一个基本颗粒，使得凝团中像背景，提取出各个凝团，然后对各凝团的几何形状的基本颗粒个数增加为!，且添加基本颗粒后凝团进行分析，获取各种几何参数%这里利用凝团投影的几何参数仍满