火旋风环境下飞火颗粒的运动行为研究.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又火旋风环境下飞火颗粒的运动行为研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：王新安全技术及工程周建军教授陈海翔副研究员二。一一年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationforStudyon■InandMaster’Sdegree．MotiOnofFirebrandsoutofFireWhirlsAuthor’SName：XinWangSpeciality：SafetyTechnologyandEngineering——一Supervisor：Prof．JianjunZh

2、ouAssociateProf．HaixiangChenFinishedtime：May201㈣3川5㈣9㈨8㈣0Ⅲ9¨iiii■■_啪Y中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用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究工作所取得的成果。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究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人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有关数据库进行

3、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。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：签字日期：王新沙11．口s．93／7钾彻硼摘要在森林火灾中，火旋风现象一旦发生，能够卷吸提升燃烧的可燃物颗粒，形成远距离飞火现象，导致火势加速跳跃式蔓延，增加扑救难度，威胁扑救人员的安全。认识飞火颗粒在火旋风环境中的产生机理及运动规律对认识远距离飞火现象、评估飞火最远传播距离至关重要。目前对于飞火的研究主要集中在短距离飞火，对于火旋风引发的远距离飞火研究甚少。基于火旋风流场研究成果及其相关实验，本文重点对以下四个方面进行研究：1．火旋风环境下飞火颗粒的产生机

4、理火旋风过程中强烈的螺旋式上升运动使得燃烧更加剧烈，燃烧速度更快，温度更高，加速了火灾的蔓延扩展速度。而且在旋转的气流柱中，往往卷挟起大量的燃烧屑块和余烬，形成飞火现象，散布到主要火区以外很远的地方，形成新的火源。因此研究飞火颗粒在火旋风中的产生机理对于研究飞火现象至关重要。本文通过定性和定量实验分析，揭示了火旋风环境下飞火颗粒的产生机理，即火旋风主要通过底部边界层将飞火颗粒卷吸进入火旋风，并通过其自身的拖拽力使飞火颗粒上升。2．飞火颗粒在火旋风流场中的上升行为飞火颗粒在火旋风流场中的上升行为直接决定飞火颗粒最大上升高度，从而影响飞火颗粒的蔓延距离，评估飞火最远

5、传播距离首先要研究飞火颗粒在火旋风中的上升行为。本文将火旋风流场分为火焰区和羽流区．重点研究了球形飞火颗粒在火焰区和羽流区的上升运动规律，提出了飞火颗粒在火旋风流场中能够上升的临界条件，并提出了飞火颗粒在竖直方向上升轨迹的计算模型。研究结果将有助于对远距离飞火现象的认识和防控。3．飞火颗粒在火旋风火焰区的运动轨迹研究对于火旋风流场，可以像油池火一样分为火焰区和羽流区。在火焰区轴向速度是随高度不断增大的，而在羽流区，轴向速度是不断衰减的，因此连续火焰区是整个火旋风流场的核心区域，研究火焰区对着火颗粒在火旋风火焰区中的运动行为的影响是非常重要的，本文采用数值模拟的方

6、法，将火焰区简化为Burgers涡流场，主要研究着火颗粒在火旋风火焰区中的运动轨迹。4．飞火蔓延距离计算方法研究飞火可以使火灾在相距较远的离散可燃物之间进行跳跃式蔓延，加快了火灾蔓延速度，因此，对飞火蔓延现象的认识和飞火蔓延距离的计算是降低飞火危险性的前提。基于火旋风羽流中心线速度模型，本文重点研究球形飞火颗粒在环境风影响下颗粒的蔓延过程，给出了计算飞火蔓延距离的方法和飞火颗粒在火焰羽I因素对飞火蔓延粒在火旋风中的播距离提供了可ABSTRACTAbstractInforestfires，firewhirlcallcarryfirebrandsalofttogen

7、eratelong—distancespottingfire，whichacceleratesfirespreadrate，impendsfirecontrollingandthreatensfirefighters’safety．Sostudyingthemotionoffirebrandsoriginatedfromfirewhirlisimportantforunderstandinglong—distancespottingfireandpredictingthemaximumspottingdistance．Theresearchesavailable

8、forfirebrand