火灾实验室监控系统及热辐射模型建立

论文摘要

火灾科学是一门现代新兴的交叉学科,目前关于火灾科学主要有两种研究方法,即实验研究和数值模拟研究。在学习与参考国内外研究方法与理论的基础上,本文主要完成了两部分工作:(1)针对公安部沈阳消防研究所大空间火灾实验室建立了监控系统。(2)参考了国内外的火灾源模型与烟气模型的基础上建立了小空间火灾的热辐射模型。大空间火灾实验是目前火灾科学研究的一个重要组成部分,本文第一部分针对沈阳消防研究所的大空间火灾实验室监控要求,提出并实现了利用上位机与PLC结合的实验室两级监控系统设计,文中分别针对系统硬件和软件的设计与功能实现做了较详细的描述,给出了硬件控制电路的结构原理图,讨论了软件系统的功能设计与实现,给出部分相应的操作画面。监控系统的实际应用表明该监控系统能可靠地对实验数据进行采集与分析,可方便地对系统的电力参数、自动负载与现场设备进行调整和控制。监控系统达到了设计要求,为大空间火灾实验室的安全有效运行提供了保证。本文第二部分的主要内容是在参考国内外火源与烟羽流模型的基础上建立了小空间火灾的热辐射模型。文中分别介绍和讨论了火源模型,烟羽流模型,以及在火场分析中常用的蒙特卡洛统计计算法,并通过能束吸收计算,结合火源和热烟气在空间中热辐射通量叠加技术,建立了简化的小空间火灾热辐射模型。通过晴纶地毯在小空间燃烧的实验数据—温度验证了模型可以较好地符合实际空间中某一微面温度的变化过程,在一定程度上说明了该模型能够反映小空间火灾的发展变化规律。最后在模型数据结果的基础上进行数值拟合得到了实验中一微元面温度随时间变化的曲线,计算了该微元面温度在火灾增长期开始后到达燃点的时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国外火灾科学研究历史概述
• 1.2 国内火灾科学历史概述
• 1.3 目前国内外火灾科学主要研究机构及发展
• 1.4 火灾科学的主要研究方法和内容
• 1.4.1 实验模拟
• 1.4.2 数值模拟研究
• 1.5 本文讨论的主要内容
• 2 实体火灾实验室简介
• 2.1 大空间火灾实验室简介
• 2.2 相关国内外火灾实验室监控系统概述
• 2.3 火灾实验室监控系统建立的主要目标
• 2.4 系统的整体功能设计
• 3 监控系统硬件控制的电路设计
• 3.1 设计原则
• 3.2 下位机型号的选取与简介
• 3.2.1 可编程控制器S7-300简介
• 3.3 主要设备控制电路设计
• 4 下位机软件与上位机系统设计
• 4.1 下位机软件程序设计
• 4.1.1 STEP7简介
• 4.1.2 温度巡检仪与下位机通信的实现
• 4.1.3 设备控制程序设计实现
• 4.2 上位机软件设计
• 4.2.1 组态设计工具WinCC V6.0简介
• 4.2.2 上位机系统模块化设计
• 5 火灾发展过程与模型概述
• 5.1 火灾科学研究发展的现状
• 5.2 建筑火灾发展的一般过程
• 5.3 火灾模型概述
• 5.3.1 网络模型
• 5.3.2 场模型
• 5.3.3 区域模型
• 6 小空间火灾辐射模型的建立
• 6.1 火灾中热辐射及其影响
• 6.2 火源热释放模型的选取与热辐射计算
• 6.2.1 火源模型的介绍与选取
• 6.2.2 火源热辐射分析
• 6.3 烟羽流模型及热烟气辐射计算推导
• 6.3.1 小空间羽流模型选取与辐射力计算
• 6.3.2 蒙特卡洛法计算
• 6.4 小空间火灾热辐射模型
• 7 实验描述与数据计算分析
• 7.1 实验平台的搭建和描述
• 7.2 模型热辐射通量计算
• 7.3 温度值计算与夹心板着火时间预测
• 结论
• 参考文献
• 附录A 蒙特卡洛法C语言实现
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢