數值模擬技術在火災調查中的應用（簡體書）

發生火災后利用技術手段對火災進行重構，再現火災場景，認定火災原因，明確事故責任，對國家安全、社會穩定、相關法律法規的制定和同類災害的防止均具有重要的意義，是未來火災調查研究發展的必然趨勢。本書介紹了火災數值重構技術領域的技術發展現狀，闡述了火災數值重構技術的場模擬理論基礎，深入全面地介紹了火災數值重構技術的火災模型、壁面熱蝕痕跡的數值重構、壁面煙熏圖痕的數值重構、石膏材料受熱脫水痕跡的數值重構以及基于數值重構技術的實際火災過程再現等。
本書可作為高等學校消防工程、火災調查及相關專業學生的教學用書，也可作為消防部隊從事火災調查人員的學習用書。

徐曉楠，武警學院消防工程系，副系主任、教授，教授，國家級精品課程《消防燃燒學》課程建設負責人，河北省教學名師，享受公安部部級津貼，公安部優秀科技人才，公安部巾幗建功優秀者，中國警察協會學術委員會委員，中國阻燃學會常務理事，公安部滅火救援技術重點實驗室主要成員，河北省本科教育創新高地-管理教育創新高地-消防人才培養主要成員，學院教學帶頭人，學院教學專家組成員，學院優秀教師，學院教書育人十佳標兵，安全技術及工程、消防材料學研究生導師，一次榮立二等功，一次榮立三等功。

本書針對火災調查工作的實際需求，利用理論分析和數值模擬技術對火災調查中數值重構技術的應用若干問題進行了研究。
利用層次分析法及量綱分析法研究了影響火災圖痕的影響因素及其影響程度，據此構建了壁面熱蝕痕跡、煙熏圖痕及石膏受熱脫水痕跡的數學模型，分別編制了基于FDS場模型，能考慮壁面熱蝕痕跡、煙熏圖痕及石膏受熱脫水痕跡的數值模擬軟件。
通過設計實體試驗，分別改變燃燒時間、起火點、燃料種類等多種工況，進行PVC裝飾板、防火板和石膏板的實體試驗。
介紹了利用開發的仿真軟件對某酒吧火災事故和某居民樓較大火災事故進行的數值重構過程，驗證了壁面熱蝕痕跡和煙熏痕跡數值重構技術在實際火災場景中的有效性及實用價值。

第1章 緒論 1
1.1　研究背景 1
1.1.1　火災調查研究的發展 1
1.1.2　火災重構的研究方法 6
1.2　火災數值重構技術的國內外研究現狀 10
1.3　火災數值重構研究的目的和意義 11
參考文獻 11
第2章 火災的發生與蔓延 13
2.1　人類對燃燒的認識過程 13
2.2　火災的發生 14
2.2.1　燃燒的基本條件 15
2.2.2　著火方式 15
2.3　火災的蔓延 16
2.3.1　熱傳導 16
2.3.2　熱對流 16 第1章 緒論 1
1.1　研究背景 1
1.1.1　火災調查研究的發展 1
1.1.2　火災重構的研究方法 6
1.2　火災數值重構技術的國內外研究現狀 10
1.3　火災數值重構研究的目的和意義 11
參考文獻 11
第2章 火災的發生與蔓延 13
2.1　人類對燃燒的認識過程 13
2.2　火災的發生 14
2.2.1　燃燒的基本條件 15
2.2.2　著火方式 15
2.3　火災的蔓延 16
2.3.1　熱傳導 16
2.3.2　熱對流 16
2.3.3　熱輻射 17
2.3.4　建筑物內火災蔓延 18
參考文獻 20
第3章 火災的性質和行為 21
3.1　基本燃燒形式 21
3.1.1 有焰燃燒 21
3.1.2 熾熱燃燒 22
3.1.3 爆炸式燃燒 23
3.2　火羽 24
3.2.1　羽流現象 24
3.2.2　火焰概念與特征 24
3.3　煙氣的產生和蔓延 25
3.3.1　煙氣的產生 25
3.3.2　煙氣的蔓延 26
參考文獻 30
第4章 基于場模擬的火災數值重構方法的數學模型和數值方法 31
4.1　湍流模型 32
4.1.1　基本的守恒方程組 32
4.1.2　低馬赫數假設 33
4.1.3　擴散項 34
4.1.4　動量方程的處理 34
4.1.5　泊松方程 35
4.1.6　大渦模擬 36
4.2　燃燒模型 36
4.3　輻射換熱模型 38
4.4　固相模型 40
4.4.1　組分平均熱屬性 41
4.4.2　源項 41
4.4.3　邊界條件 43
參考文獻 44
第5章 壁面熱蝕痕跡的預測模型 45
5.1　火災圖痕 45
5.1.1　概念 45
5.1.2　火災痕跡的產生 45
5.1.3　火災痕跡的作用 46
5.1.4　研究進展 47
5.1.5　壁面熱蝕痕跡概述 48
5.2　壁面熱蝕痕跡形成的理論分析 48
5.2.1　層次分析法概述 49
5.2.2　壁面熱蝕痕跡形成的主要影響因素的確定 51
5.3　壁面熱蝕痕跡預測模型的建立 53
5.3.1　量綱分析法 53
5.3.2　模型的建立 53
5.3.3　模型的實現 55
5.3.4　場景文件的編寫 55
參考文獻 58
第6章 PVC塑料板壁面熱蝕痕跡試驗研究 59
6.1　PVC塑料板熱解特性研究 59
6.1.1　熱重分析技術 59
6.1.2　試驗目的 59
6.2　PVC塑料板壁面熱蝕痕跡試驗 61
6.2.1　試驗材料 61
6.2.2　試驗方法 62
6.2.3　試驗工況設定 62
參考文獻 80
第7章 PVC塑料板熱蝕痕跡的數值重構 81
7.1　參數設置 81
7.2　熱蝕痕跡重構結果分析 82
7.2.1　工況一重構結果分析 83
7.2.2　工況二重構結果分析 85
7.2.3　工況三重構結果分析 86
參考文獻 89
第8章 壁面煙熏圖痕的預測模型 90
8.1　壁面煙熏圖痕概述 90
8.1.1　煙熏圖痕的形成機理 92
8.1.2　“V”字形煙熏圖痕 93
8.2　壁面煙熏圖痕形成的理論分析 95
8.3　壁面煙熏圖痕預測模型 95
8.3.1　量綱分析法 95
8.3.2　模型的建立 95
8.3.3　模型的實現 96
8.3.4 場景文件的編寫 97
參考文獻 100
第9章 防火板煙熏圖痕的實體試驗研究 101
9.1　試驗裝置設置 101
9.2　試驗工況設定 102
9.2.1　工況一：燃燒時間不同 102
9.2.2　工況二：起火點不同 116
9.2.3　工況三：燃料種類不同 123
參考文獻 127
第10章 防火板煙熏圖痕的數值重構 128
10.1　參數設置 128
10.2　煙熏圖痕重構結果分析 130
10.2.1　工況一重構結果分析 130
10.2.2　工況二重構結果分析 132
10.2.3　工況三重構結果分析 134
參考文獻 135
第11章 石膏材料受熱痕跡的預測模型 136
11.1　火災痕跡概述 136
11.2　石膏材料受熱痕跡概述 137
11.3　紙面石膏板受熱反應特性研究 137
11.3.1　石膏材料的熱失重分析 137
11.3.2　石膏材料的錐形量熱儀試驗研究 140
11.4　石膏材料受熱痕跡形成的理論分析 145
11.5　石膏材料受熱痕跡預測的數學模型 148
11.5.1　模型的建立 148
11.5.2　痕跡邊界閾值的確定 148
11.5.3　模型的實現 149
11.6　石膏材料受熱痕跡重構的數值方法 150
11.6.1　時間離散 150
11.6.2　空間離散 151
11.6.3　方程離散 151
參考文獻 154
第12章 石膏材料受熱痕跡的實體試驗研究 155
12.1　試驗條件的設定 155
12.1.1　試驗材料 155
12.1.2　試驗裝置 155
12.1.3　試驗方法 155
12.1.4　燃料熱釋放速率計算 156
12.2　試驗結果 157
12.2.1　工況一：油盤面積不同 157
12.2.2　工況二：受熱時間不同 172
12.2.3　工況三：油盤與壁面相對位置不同 173
12.3　結果分析 174
12.3.1　油盤面積的影響 174
12.3.2　受熱時間的影響 177
12.3.3 相對位置的影響 181
參考文獻 183
第13章 石膏材料受熱痕跡的數值重構 184
13.1　參數設置 184
13.2　石膏板受熱痕跡數值重構結果分析 186
13.2.1　痕跡圖片比對算法 186
13.2.2　工況一重構結果分析 187
13.2.3　工況二重構結果分析 193
13.2.4　工況三重構結果分析 198
參考文獻 202
第14章 基于數值重構技術的火災過程再現 203
14.1　某酒吧特大火災場景的數值重構 203
14.1.1　火災基本情況 203
14.1.2　火災場景設置 205
14.1.3　數值重構結果及分析 206
14.2　某居民樓火災重構 218
14.2.1　居民樓火災危險性 218
14.2.2　某居民樓火災重構 221
參考文獻 235

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