中国科大学报新年第1期出版“火灾安全工程”专辑

在《国家中长期科技发展规划纲要》(2006-2020)中,公共安全被列入未来15年我国科技发展的重点领域,其中火灾安全因其与生命财产安全密切相关而受到特别重视。《中国科学技术大学学报》以“火灾安全工程”为主题,策划组织的专辑作为2006年第1期出版。该专辑介绍范维澄院士、廖光煊、孙金华、瞿保钧教授等在该领域的工作和部分研究成果;报道我校在火灾动力学演化、火灾防治关键技术、火灾安全工程理论及方法学等方向的最新研究进展。
    火灾动力学演化。蒋勇博士等采用了目前国际上先进的计算技术之一——一维全尺度湍流ODT模型研究了湍流脉动对基元反应速率的影响,编程实现了对氢气射流火焰结构的计算. 在燃烧学理论研究中,化学刚性和湍流化学刚性是二个难点和关键问题。精确地研究湍流反应流,需要考察在考虑燃料详细反应动力学机理和在各种尺度的湍流作用情况下,其主反应物、主生成物、中间组分以及痕迹物质的形成机制。目前较为精确的方法有直接数值模拟DNS和概率密度函数PDF等,但其计算量十分巨大。蒋勇博士等认为:(1)通过映射算法获得湍流涡旋的精细结构,从而能够充分研究和评估各种尺度的湍流脉动对化学反应速率的影响力;(2)由于该模拟技术计算量适度,因而可以开展耦合燃料复杂机理的湍流反应流计算研究;(3)该模型的一维特性使得能够采用足够精细的计算网络,从而获得小尺度耗散、混合和反应的详细信息。耦合燃料详细反应机理的一维全尺度湍流模型计算可以为燃烧和火灾过程的深入研究,以及相关亚尺度模型的建立,提供精确的数据库支持。
    固体可燃物表面火蔓延是火灾发展过程中的重要阶段,因此,对火蔓延过程的研究一直是火灾科学基础研究领域的热点。孙金华教授等用超细热电偶组对火焰前端气相中的温度场和木材表面的温度变化进行实验测量,分析了不同厚度的木材火蔓延行为差异的主要原因;用建立的碳化固体可燃物表面火蔓延传热模型分析火焰前端气相与固相中的传热过程,得到了热解前锋位置的木材内部温度分布,为正确建立气相与固相耦合的火蔓延模型提供了理论依据。
    李元洲博士等首次对西藏地区低压低氧偶合条件下,古建筑用材——松木的着火特性进行了试验研究,其工作为西藏自治区2005年重点科研项目 “西藏古建筑火灾安全技术研究”中的一部分。他们的工作有助于促使该地区古建筑防火从仅限于管理和被动保护的层面转向从火灾发生机理的角度研究古建筑火灾发生规律,从而为认识特殊地域环境火灾的发生、发展与控制提供可靠的参考数据。随着研究工作不断深入开展,获得的研究结果将有助于解决西藏古建筑火灾安全防范技术问题,特别是布达拉宫等三大重点文物保护维修工程中消防改造的技术难题。
    高层建筑火灾扑救是全世界消防界面临的最大难题。一旦高层建筑发生火灾,极易造成惨重的人员伤亡。由于高层建筑中存在垂直的楼梯间、电梯井、衣物滑槽以及封堵不严的管道井,在火灾发生时易形成烟囱效应,加速灾情的发展。霍然教授等通过小尺寸竖井实验台研究了烟囱效应产生的机理,对伯努利理论推导出的烟囱效应下温度-速度的瞬态模型进行了修正,发展了一种准稳态情况下的温度-速度分布模型,为高层建筑的防灭火工程设计提供了理论参考。
      杨立中教授等利用模拟狭长通道的小型实验台研究了火灾烟气传播过程中毒性成分的空间分布规律,有助于认识狭长通道内的燃烧产物分布、火灾烟气控制, 为指导人员安全疏散提供实用的帮助。
    火灾防治关键技术。细水雾灭火技术以其高效的冷却、无污染、低成本、耗水量小、附加水危害小以及便于清洁等优点,广泛被应用于众多领域的各类火灾扑救中。廖光煊教授等在分析比较了国内外水系添加剂配方的基础上,研制出一种复合型细水雾添加剂。通过模拟实验,研究了复合型添加剂浓度、燃料类型对细水雾灭火有效性的影响规律和物理化学复合灭火作用原理。这项工作为发展新的清洁高效灭火剂提供了科学依据。
    针对阻燃已成为材料重要性能指标之一,胡源教授等将具有特定结构的倍半硅氧烷硅(POSS)作为聚合物添加剂,与生活中广泛使用的聚苯乙烯(PS)结合,得到了具有纳米纤维网状结构的、具有较低热释放速率、一氧化碳和二氧化碳释放速度和浓度的复合材料,为开发新型阻燃材料的制备进行了探索。
      火灾风险评估和性能化设计。姚斌博士等研究认为钢构件危险分析系数的变化与构件局部温升导致的强度下降,以及由于框架内各构件的相互作用而引起的力载荷的变化密切相关。钢梁可能因为局部高温而失效,进而导致钢结构的坍塌;指出以往研究中用于判断钢构件临界失效的耐火极限温度存在局限性;并提出一种简单有效的火灾安全评价方法,结合实例进行具体分析。他们的工作为大型建筑的结构设计及火灾环境下建筑性能化评估提供了理论依据。
      除上述3方面研究论文外,学报还新增设 “特约评述”栏目,特别约请范维澄院士撰写“中国火灾科学基础研究进展与展望”,对我国近10年来火灾科学研究进展进行了全面总结,并提出未来火灾科学的若干重点研究方向。在新增设的“研究突破”栏目报道了瞿保钧教授的最新研究成果——“层离高密度聚乙烯/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备”。
      本期刊登的24篇文章均为国家基金项目支持,全面展示了我校在火灾科学方面的整体研究力量,并有清华大学、中南大学等相关单位研究者以及国外学者的参与。值得大家关注。

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