探訪火災科學國家重點實驗室

看到玩火倆字，會讓人不由自主的想到“玩火自焚”、“惹火燒身”等一系列不太好的。然而有一群人，卻天天與火打交道，今天在青藏高原上放把火，明天在某個森林里面燒一燒，后天又跑到地鐵隧道里放火去了。

千萬別誤會，他們可不是什么唯恐天下不亂的恐怖分子，恰恰相反，他們是為了探索火的奧秘而不懈努力的“玩火一族”——火災研究人員。為了能夠更加系統深入的開展火災研究，他們一族群居在一起，形成了一個大的 “家族”——火災科學國家重點實驗室。

公路隧道現場火災實驗
 
在這個大家族里，每個人分工明確，各司其職，積極從事火災科學基礎研究。實驗是科學研究的基本方法之一，對于火災研究來說，當然也不例外，火災實驗也一直都是火災研究的一種重要途徑。在這個大家族里，每天都有人進行著形形色色的實驗，這些實驗有些會讓你嘆為觀止，有些又會讓你感到奧妙無窮，下面就讓我們一起來領略一下吧！
 
火災科學國家重點實驗室招牌“菜”推薦：
 
第一道：火旋風實驗
推薦指數：☆☆☆☆☆
 
火旋風實驗是基于火旋風試驗臺來實現的。該試驗臺是基于Satoh-Yang火旋風物理模型構建的，是國際上尺寸最大的火旋風模擬實驗裝置。該實驗臺為豎直槽道結構，俗稱四面墻結構，四面墻外掛鋼化玻璃，外形尺寸為2m長，2m寬，15m高，每邊留有20cm寬的氣流通道。在工作面中心放置一個直徑40cm的油盤，點火后，實驗裝置內部的氣體受熱上升，內外形成壓力差，同時由于鋼化玻璃的阻擋作用，外界氣流只能從四周的氣流通道進入裝置內部形成剪切氣流，如此，多方面相互影響便誘發了火旋風。
 
通過改變燃料條件和控制流場，可以實驗觀察單一火點或多火點條件下火旋風的形成與發展，并能對火旋風中火焰溫度，環境場氣流速度，火焰高度與旋轉速度，以及燃料的質量損失速率等物理參數進行精細測量。目前，該實驗主要用于研究火旋風形成的臨界條件、火旋風的燃燒速度和強度變化規律等基礎問題。

 

 
上圖展示的是單一火點（上）及多火點（下）誘發的火旋風。
 
第二道：水炮自動定位噴水滅火實驗
推薦指數：☆☆☆☆☆
 
采用數字控制的自動定位水炮判斷火源位置，定點噴射水流滅火。水炮是怎么知道火源的位置的呢？其實里面蘊含的道理很簡單。該實驗中火災的自動定位與撲救技術是基于計算機視覺原理，根據火焰在紅外影像上的特征，使用遠程控制技術，利用單CCD掃描式定位技術搜索并鎖定火源，一旦發現火情，系統立即啟動消防炮自動搜索火源，并對火源進行精確定位并完成自動/手動控制定點撲救滅火。消防炮系統通常與其它大空間圖像式火災探測技術聯用，它既保證了有效的撲滅火災又防止了大空間非火災區域受到水的浸漬而造成的損失，就好像精確制導的導彈一樣完成定點撲救過程。這項技術還解決了大空間火災中火源位置的空間定位和定點自動撲救的世界性難題。

 
水炮自動定位噴水滅火實驗
 
第三道：大型燃燒風洞
推薦指數：☆☆☆☆
 
在我國，雖然用低速風洞研究流動現象有較長發展歷史，但研究火災現象的風洞設備尚屬空白，燃燒風洞及其測控系統的建立，為各種火災實驗尤其是森林火災在室內的模擬實驗提供了有利的工具。
 
該風洞采用下吹直流式，通過可調速度的電機改變風速（1～15米每秒），7級風為15米每秒左右。利用電加熱管調整來流的溫度和相對濕度，為各種火災模擬實驗提供各種環境條件（氣候、可燃物、地形等）。
 
燃燒風洞包括動力段、加熱穩定段、收縮段  和實驗段四個部分，總長約20米。實驗段進口裝有截面1.8米×1.8米、長6米、可在6米×0.6米的燃料床上進行火蔓延實驗。八個耐熱觀察窗為觀察燃燒狀況提供了方便的條件；實驗數據的采集使用自制的多點巡回自動檢測系統和燃燒火焰自動跟蹤檢測車，對火焰的跟蹤既可手動，也可以自動跟蹤，不僅能實時測出檢測車自身的位置及速度，也較好地解決了拖動多種傳感器的任務。風洞采用實驗段和燃燒廳布局，并可進行閉口實驗段，開口和靜態燃燒測量多種用途的試驗，增大了設備的利用，該風洞具有綜合利用的特點。
 
燃燒風洞可以為各種火災模擬實驗提供所需的環境條件，比如：氣候、可燃物、地形等。通過模擬實驗，可以研究各種可燃物，各種幾何形態布局，或在有風、無風和其他環境條件下可燃物的燃燒蔓延及火焰特性；還可以研究火災現象的各種因素的相互作用及其機理。

 
燃燒風洞實驗平臺
 
第四道：五層模型樓
推薦指數：☆☆☆☆
 
五層模型樓主要用于模擬和研究火災發生時，煙氣在建筑物內產生和蔓延的規律。
 
在建筑火災中，燃燒的物體一般都會先產生大量的煙氣，起火后，大火伴隨著濃煙向周圍大面積擴散。由于煙氣具有遮光性，毒性和高溫等特性，使得周圍環境大量缺氧，加上人們極度的恐慌心理，逃生將變得非常困難?！嘘P統計資料表明：在建筑火災死亡總人數中，有百分之七十的人都是由于遭受煙氣窒息，而喪失逃生機會，只有極少部分的人是真正被大火活活燒死的。煙氣在火災中對人們的生命構成主要威脅。因此，科學地研究火災煙氣的結構特性，煙氣在建筑物內的傳播規律，環境對煙氣的影響，早期探測和控制煙氣擴散等實驗研究，都具有非常重要的現實意義。
 

 
五層模型樓火災模擬實驗平臺
 
五層模型樓為1:2建筑模型，高八米，寬八米，厚五點五米的框架式結構。共有二十四個房間，兩個實驗工作間。整個樓層墻壁采用防火粉煤砌塊建成。在每一層設有著火房間和普通房間，以便在實驗中觀察和測量到著火房間對鄰近普通房間以及整個樓層的影響。樓梯和走廊是煙氣擴散的主要通道，在通道端口專門建立了天井，主要研究煙氣在通道內橫向運動和在小空間（天井，樓梯間）內向上蔓延傳播的規律。模型樓底層安裝了正壓送風機，并將空氣送往每一層的通風管道；在樓層頂端，采用直接排風管道和機械排風相結合，來排除模型內的煙氣；調節送排風機供氣量大小和風口，能夠控制和改變煙氣排放的快慢和方向。
 
在五層模型樓內配備了常用測量裝置，根據實驗的需要，探測裝置被布置在模型樓的各個地方，各種實驗采集的數據被送往實驗工作室的計算機上分析處理。
 
五層模型樓的測量裝置有：溫度測量系統、速度測量系統、壓力測量裝置、熱輻射通量計、成分分析儀、數碼攝錄像。主要開展如下實驗研究工作：著火房間內浮力煙羽流的溫度，速度和壓力分布；壁面對煙氣羽流特性的影響；著火房間煙氣羽流的上升和卷吸；煙氣頂柵射流的結構和特性；通風口（門窗等）處煙氣的流動與混合；煙氣在走廊向鄰近房間的蔓延；煙氣在樓梯間向上傳播的規律；煙氣在天井內向上傳播的規律；正壓送風系統對煙氣的控制作用；煙氣特性對火災探測器響應特性的影響等。
 
作為唯一一個國家重點的火災實驗室，面向國家火災安全重大需求和世界火災科學前沿，研究火災動力學演化規律和火災防治關鍵技術，培養優秀人才，攀登世界火災科學高峰。在每年5月份中國科學技術大學的科技活動周，你也有機會參觀這個火災實驗室。