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探访火灾科学国家重点实验室

探访火灾科学国家重点实验室
2014-01-17 15:46:20
看到玩火俩字,会让人不由自主的想到“玩火自焚”、“惹火烧身”等一系列不太好的。然而有一群人,却天天与火打交道,今天在青藏高原上放把火,明天在某个森林里面烧一烧,后天又跑到地铁隧道里放火去了。

千万别误会,他们可不是什么唯恐天下不乱的恐怖分子,恰恰相反,他们是为了探索火的奥秘而不懈努力的“玩火一族”——火灾研究人员。为了能够更加系统深入的开展火灾研究,他们一族群居在一起,形成了一个大的 “家族”——火灾科学国家重点实验室。

公路隧道现场火灾实验
 
在这个大家族里,每个人分工明确,各司其职,积极从事火灾科学基础研究。实验是科学研究的基本方法之一,对于火灾研究来说,当然也不例外,火灾实验也一直都是火灾研究的一种重要途径。在这个大家族里,每天都有人进行着形形色色的实验,这些实验有些会让你叹为观止,有些又会让你感到奥妙无穷,下面就让我们一起来领略一下吧!
 
火灾科学国家重点实验室招牌“菜”推荐:
 
第一道:火旋风实验
推荐指数:☆☆☆☆☆
 
火旋风实验是基于火旋风试验台来实现的。该试验台是基于Satoh-Yang火旋风物理模型构建的,是国际上尺寸最大的火旋风模拟实验装置。该实验台为竖直槽道结构,俗称四面墙结构,四面墙外挂钢化玻璃,外形尺寸为2m长,2m宽,15m高,每边留有20cm宽的气流通道。在工作面中心放置一个直径40cm的油盘,点火后,实验装置内部的气体受热上升,内外形成压力差,同时由于钢化玻璃的阻挡作用,外界气流只能从四周的气流通道进入装置内部形成剪切气流,如此,多方面相互影响便诱发了火旋风。
 
通过改变燃料条件和控制流场,可以实验观察单一火点或多火点条件下火旋风的形成与发展,并能对火旋风中火焰温度,环境场气流速度,火焰高度与旋转速度,以及燃料的质量损失速率等物理参数进行精细测量。目前,该实验主要用于研究火旋风形成的临界条件、火旋风的燃烧速度和强度变化规律等基础问题。

 

 
上图展示的是单一火点(上)及多火点(下)诱发的火旋风。
 
第二道:水炮自动定位喷水灭火实验
推荐指数:☆☆☆☆☆
 
采用数字控制的自动定位水炮判断火源位置,定点喷射水流灭火。水炮是怎么知道火源的位置的呢?其实里面蕴含的道理很简单。该实验中火灾的自动定位与扑救技术是基于计算机视觉原理,根据火焰在红外影像上的特征,使用远程控制技术,利用单CCD扫描式定位技术搜索并锁定火源,一旦发现火情,系统立即启动消防炮自动搜索火源,并对火源进行精确定位并完成自动/手动控制定点扑救灭火。消防炮系统通常与其它大空间图像式火灾探测技术联用,它既保证了有效的扑灭火灾又防止了大空间非火灾区域受到水的浸渍而造成的损失,就好像精确制导的导弹一样完成定点扑救过程。这项技术还解决了大空间火灾中火源位置的空间定位和定点自动扑救的世界性难题。

 
水炮自动定位喷水灭火实验
 
第三道:大型燃烧风洞
推荐指数:☆☆☆☆
 
在我国,虽然用低速风洞研究流动现象有较长发展历史,但研究火灾现象的风洞设备尚属空白,燃烧风洞及其测控系统的建立,为各种火灾实验尤其是森林火灾在室内的模拟实验提供了有利的工具。
 
该风洞采用下吹直流式,通过可调速度的电机改变风速(1~15米每秒),7级风为15米每秒左右。利用电加热管调整来流的温度和相对湿度,为各种火灾模拟实验提供各种环境条件(气候、可燃物、地形等)。
 
燃烧风洞包括动力段、加热稳定段、收缩段  和实验段四个部分,总长约20米。实验段进口装有截面1.8米×1.8米、长6米、可在6米×0.6米的燃料床上进行火蔓延实验。八个耐热观察窗为观察燃烧状况提供了方便的条件;实验数据的采集使用自制的多点巡回自动检测系统和燃烧火焰自动跟踪检测车,对火焰的跟踪既可手动,也可以自动跟踪,不仅能实时测出检测车自身的位置及速度,也较好地解决了拖动多种传感器的任务。风洞采用实验段和燃烧厅布局,并可进行闭口实验段,开口和静态燃烧测量多种用途的试验,增大了设备的利用,该风洞具有综合利用的特点。
 
燃烧风洞可以为各种火灾模拟实验提供所需的环境条件,比如:气候、可燃物、地形等。通过模拟实验,可以研究各种可燃物,各种几何形态布局,或在有风、无风和其他环境条件下可燃物的燃烧蔓延及火焰特性;还可以研究火灾现象的各种因素的相互作用及其机理。

 
燃烧风洞实验平台
 
第四道:五层模型楼
推荐指数:☆☆☆☆
 
五层模型楼主要用于模拟和研究火灾发生时,烟气在建筑物内产生和蔓延的规律。
 
在建筑火灾中,燃烧的物体一般都会先产生大量的烟气,起火后,大火伴随着浓烟向周围大面积扩散。由于烟气具有遮光性,毒性和高温等特性,使得周围环境大量缺氧,加上人们极度的恐慌心理,逃生将变得非常困难。 据有关统计资料表明:在建筑火灾死亡总人数中,有百分之七十的人都是由于遭受烟气窒息,而丧失逃生机会,只有极少部分的人是真正被大火活活烧死的。烟气在火灾中对人们的生命构成主要威胁。因此,科学地研究火灾烟气的结构特性,烟气在建筑物内的传播规律,环境对烟气的影响,早期探测和控制烟气扩散等实验研究,都具有非常重要的现实意义。
 

 
五层模型楼火灾模拟实验平台
 
五层模型楼为1:2建筑模型,高八米,宽八米,厚五点五米的框架式结构。共有二十四个房间,两个实验工作间。整个楼层墙壁采用防火粉煤砌块建成。在每一层设有着火房间和普通房间,以便在实验中观察和测量到着火房间对邻近普通房间以及整个楼层的影响。楼梯和走廊是烟气扩散的主要通道,在通道端口专门建立了天井,主要研究烟气在通道内横向运动和在小空间(天井,楼梯间)内向上蔓延传播的规律。模型楼底层安装了正压送风机,并将空气送往每一层的通风管道;在楼层顶端,采用直接排风管道和机械排风相结合,来排除模型内的烟气;调节送排风机供气量大小和风口,能够控制和改变烟气排放的快慢和方向。
 
在五层模型楼内配备了常用测量装置,根据实验的需要,探测装置被布置在模型楼的各个地方,各种实验采集的数据被送往实验工作室的计算机上分析处理。
 
五层模型楼的测量装置有:温度测量系统、速度测量系统、压力测量装置、热辐射通量计、成分分析仪、数码摄录像。主要开展如下实验研究工作:着火房间内浮力烟羽流的温度,速度和压力分布;壁面对烟气羽流特性的影响;着火房间烟气羽流的上升和卷吸;烟气顶栅射流的结构和特性;通风口(门窗等)处烟气的流动与混合;烟气在走廊向邻近房间的蔓延;烟气在楼梯间向上传播的规律;烟气在天井内向上传播的规律;正压送风系统对烟气的控制作用;烟气特性对火灾探测器响应特性的影响等。
 
作为唯一一个国家重点的火灾实验室,面向国家火灾安全重大需求和世界火灾科学前沿,研究火灾动力学演化规律和火灾防治关键技术,培养优秀人才,攀登世界火灾科学高峰。在每年5月份中国科学技术大学的科技活动周,你也有机会参观这个火灾实验室。

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