数值模拟技术在火灾调查中的应用
作者：徐晓楠 著
出版时间：2014年版
内容简介
发生火灾后利用技术手段对火灾进行重构，再现火灾场景，认定火灾原因，明确事故责任，对国家安全、社会稳定、相关法律法规的制定和同类灾害的防止均具有重要的意义，是未来火灾调查研究发展的必然趋势。本书介绍了火灾数值重构技术领域的技术发展现状，阐述了火灾数值重构技术的场模拟理论基础，深入全面地介绍了火灾数值重构技术的火灾模型、壁面热蚀痕迹的数值重构、壁面烟熏图痕的数值重构、石膏材料受热脱水痕迹的数值重构以及基于数值重构技术的实际火灾过程再现等。本书可作为高等学校消防工程、火灾调查及相关专业学生的教学用书，也可作为消防部队从事火灾调查人员的学习用书。
目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 火灾调查研究的发展 1
1.1.2 火灾重构的研究方法 6
1.2 火灾数值重构技术的国内外研究现状 10
1.3 火灾数值重构研究的目的和意义 11
参考文献 11
第2章 火灾的发生与蔓延 13
2.1 人类对燃烧的认识过程 13
2.2 火灾的发生 14
2.2.1 燃烧的基本条件 15
2.2.2 着火方式 15
2.3 火灾的蔓延 16
2.3.1 热传导 16
2.3.2 热对流 16
2.3.3 热辐射 17
2.3.4 建筑物内火灾蔓延 18
参考文献 20
第3章 火灾的性质和行为 21
3.1 基本燃烧形式 21
3.1.1 有焰燃烧 21
3.1.2 炽热燃烧 22
3.1.3 爆炸式燃烧 23
3.2 火羽 24
3.2.1 羽流现象 24
3.2.2 火焰概念与特征 24
3.3 烟气的产生和蔓延 25
3.3.1 烟气的产生 25
3.3.2 烟气的蔓延 26
参考文献 30
第4章 基于场模拟的火灾数值重构方法的数学模型和数值方法 31
4.1 湍流模型 32
4.1.1 基本的守恒方程组 32
4.1.2 低马赫数假设 33
4.1.3 扩散项 34
4.1.4 动量方程的处理 34
4.1.5 泊松方程 35
4.1.6 大涡模拟 36
4.2 燃烧模型 36
4.3 辐射换热模型 38
4.4 固相模型 40
4.4.1 组分平均热属性 41
4.4.2 源项 41
4.4.3 边界条件 43
参考文献 44
第5章 壁面热蚀痕迹的预测模型 45
5.1 火灾图痕 45
5.1.1 概念 45
5.1.2 火灾痕迹的产生 45
5.1.3 火灾痕迹的作用 46
5.1.4 研究进展 47
5.1.5 壁面热蚀痕迹概述 48
5.2 壁面热蚀痕迹形成的理论分析 48
5.2.1 层次分析法概述 49
5.2.2 壁面热蚀痕迹形成的主要影响因素的确定 51
5.3 壁面热蚀痕迹预测模型的建立 53
5.3.1 量纲分析法 53
5.3.2 模型的建立 53
5.3.3 模型的实现 55
5.3.4 场景文件的编写 55
参考文献 58
第6章 PVC塑料板壁面热蚀痕迹试验研究 59
6.1 PVC塑料板热解特性研究 59
6.1.1 热重分析技术 59
6.1.2 试验目的 59
6.2 PVC塑料板壁面热蚀痕迹试验 61
6.2.1 试验材料 61
6.2.2 试验方法 62
6.2.3 试验工况设定 62
参考文献 80
第7章 PVC塑料板热蚀痕迹的数值重构 81
7.1 参数设置 81
7.2 热蚀痕迹重构结果分析 82
7.2.1 工况一重构结果分析 83
7.2.2 工况二重构结果分析 85
7.2.3 工况三重构结果分析 86
参考文献 89
第8章 壁面烟熏图痕的预测模型 90
8.1 壁面烟熏图痕概述 90
8.1.1 烟熏图痕的形成机理 92
8.1.2 “V”字形烟熏图痕 93
8.2 壁面烟熏图痕形成的理论分析 95
8.3 壁面烟熏图痕预测模型 95
8.3.1 量纲分析法 95
8.3.2 模型的建立 95
8.3.3 模型的实现 96
8.3.4 场景文件的编写 97
参考文献 100
第9章 防火板烟熏图痕的实体试验研究 101
9.1 试验装置设置 101
9.2 试验工况设定 102
9.2.1 工况一：燃烧时间不同 102
9.2.2 工况二：起火点不同 116
9.2.3 工况三：燃料种类不同 123
参考文献 127
第10章 防火板烟熏图痕的数值重构 128
10.1 参数设置 128
10.2 烟熏图痕重构结果分析 130
10.2.1 工况一重构结果分析 130
10.2.2 工况二重构结果分析 132
10.2.3 工况三重构结果分析 134
参考文献 135
第11章 石膏材料受热痕迹的预测模型 136
11.1 火灾痕迹概述 136
11.2 石膏材料受热痕迹概述 137
11.3 纸面石膏板受热反应特性研究 137
11.3.1 石膏材料的热失重分析 137
11.3.2 石膏材料的锥形量热仪试验研究 140
11.4 石膏材料受热痕迹形成的理论分析 145
11.5 石膏材料受热痕迹预测的数学模型 148
11.5.1 模型的建立 148
11.5.2 痕迹边界阈值的确定 148
11.5.3 模型的实现 149
11.6 石膏材料受热痕迹重构的数值方法 150
11.6.1 时间离散 150
11.6.2 空间离散 151
11.6.3 方程离散 151
参考文献 154
第12章 石膏材料受热痕迹的实体试验研究 155
12.1 试验条件的设定 155
12.1.1 试验材料 155
12.1.2 试验装置 155
12.1.3 试验方法 155
12.1.4 燃料热释放速率计算 156
12.2 试验结果 157
12.2.1 工况一：油盘面积不同 157
12.2.2 工况二：受热时间不同 172
12.2.3 工况三：油盘与壁面相对位置不同 173
12.3 结果分析 174
12.3.1 油盘面积的影响 174
12.3.2 受热时间的影响 177
12.3.3 相对位置的影响 181
参考文献 183
第13章 石膏材料受热痕迹的数值重构 184
13.1 参数设置 184
13.2 石膏板受热痕迹数值重构结果分析 186
13.2.1 痕迹图片比对算法 186
13.2.2 工况一重构结果分析 187
13.2.3 工况二重构结果分析 193
13.2.4 工况三重构结果分析 198
参考文献 202
第14章 基于数值重构技术的火灾过程再现 203
14.1 某酒吧特大火灾场景的数值重构 203
14.1.1 火灾基本情况 203
14.1.2 火灾场景设置 205
14.1.3 数值重构结果及分析 206
14.2 某居民楼火灾重构 218
14.2.1 居民楼火灾危险性 218
14.2.2 某居民楼火灾重构 221
参考文献 235
