建筑楼梯区域人员疏散行为的实验与模拟研究

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1、令辞苓在术大彥博士学位论文论文题目建筑接梯这城人员疏散行为的卖验与模拟研尧作者姓名非舟学科专业安全‘学与工程讲々東丑国研免员到锦茂教梭导师姓名二〇一五年五刀完成时间肀科嗲技术大嗲博士学位论文火旋风的火焰与流动特性研究作者姓名：王鹏飞学科专业：安全科学与工程导师姓名：刘乃安研究员完成时间：二一五年五月三日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeResearchesontheFlameandFlowChara

2、cteristicsofFireWhirlsAuthor'sName：：：：中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期純丄十中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关

3、部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。公幵口保密（年）作者签名：工成导师签名：卞签字日期：签字日期：摘要摘要火旋风是一种燃烧和周围旋转环量相互耦合作用而诱发的具有强烈旋转的特殊火现象。它常见于森林、野外、森林城镇交界域火灾中。与普通池火相比，火旋风的燃烧速率，火焰高度，火焰温度，火

4、焰发射率和辐射热流显著增高。而且火旋风自身也是一种结构复杂的旋转涡旋。现实火灾中，火旋风强烈的旋转速度场可以抬升起周围的任何物体并诱发飞火现象产生新的点火源，进而加快火灾的蔓延。因此，研宂火旋风的燃烧和流动特性规律，有利于进一步清楚地认识这种特殊的自然现象，从而为火旋风灾害的预防和扑救提供可靠的理论依据，具有重要的基础科学意义和应用价值。本文的研宄目标是，利用空气射流设计并构建一个开放环境的火旋风实验平台；研宄开放环境实验平台产生的火旋风的燃烧速率、火焰髙度和火焰温度等燃烧动力学特性，建立这些动力学特

5、性与火焰尺寸、热释放速率和外围环量等参数的依赖关系；系统考察火旋风火焰的辐射特性，包括火焰发射率、炭黑体积分数和辐射热流密度等，并且建立辐射预测模型；详细研宄火旋风火焰的流场特性，包括轴向、切向和径向速度分布等。本文具体工作包括：首先，建立了一个新型空气幕式火旋风实验平台。前人用于实验室模拟火旋风的装置主要分为机械驱动式平台和热驱动式实验平台，而且他们所用的实验平台都存在外围固壁结构，如四面墙式平台的外围固壁，这不利于研究火旋风对外界物体的影响，尤其是不利于研究火焰辐射。本文利用空气射流产生的空气幕取

6、代了原有四面墙式实验平台的固壁，搭建了一个空气幕式火旋风平台。详细分析了所用空气射流的特性，确立了空气幕的最佳偏转角，以产生稳定的火旋风。通过燃料质量损失速率数据的比较，验证了实验的重复性。其次，系统研究了空气幕式平台产生的火旋风的燃烧速率、火焰高度和火焰温度等燃烧特性，建立了各参数间的依赖关系。对燃烧速率数据的分析表明火旋风的燃烧过程包括五个阶段，其中包括维持时间很长的准稳态燃烧阶段，而且燃烧速率数据可以很好地符合前人提出的燃烧速率与环量的关系模型。通过量纲分析和数据拟合，建立了火焰高度对热释放速率

7、和环量这两个物理参数的依赖关系，并定义了一个标准化高度，同时将数据与前人的火焰高度模型进行了比较，发现本文获得的火焰高度数据也可以很好地符合前人的模型。火旋风火焰轴向温度分布表明其在连续火焰区、间歇火焰区和羽流区随标准化高度的变化不同。径向温度分布表明火焰内部富燃区的存在。摘要然后，详细分析了火旋风火焰的发射率和炭黑体积分数。根据灰体假设和基尔霍夫定律，实验中利用红外技术方法测量了火旋风火焰的发射率，并且得到了一个发射率随火焰直径变化的半经验模型。基于火焰辐射理论估算了炭黑和辐射气体的发射率，发现辐射

8、气体的发射率很小，可以忽略。通过对炭黑发射的理论分析，计算了火焰的炭黑体积分数，发现其随着标准化高度先增大，而后出现减小的趋势。通过与普通池火数据相比发现，火旋风火焰的平均熄灭系数是普通池火的倍；而且火旋风的炭黑体积分数比池火的大，这可能是引起在相同的火焰直径下火旋风发射率更大的原因。再次，建立了一个分层辐射预测模型。模型中将火焰分成多层，每层火焰被当做是灰体，即火焰的发射是均匀的。通过计算每一层火焰向外的辐射热流，然后将多层火焰的辐射加和求得火焰的热流