論文題目：典型火災模擬訓練系統開發及試驗研究
摘要：火災現場危險性和復雜性交織疊加,消防員在火災危險和壓力環境下,時常無法靈活運用日常學習訓練中熟練掌握的危險源辨識方法、滅火救援技戰術措施和個人安全防護要求,而導致消防員傷亡。本文對火災模擬訓練系統開展研究,為消防員構建真實火災的模擬訓練環境,進一步提升消防員在危險復雜環境下的抗逆力和火災事故的處置能力。本文以石油化工和建筑火災事故作為分析對象,從危險性、處置戰例、模擬功能、場所類型、原因規律、訓練需求等方面對火災模擬訓練系統功能需求進行分析研究;通過數據統計方法對訓練系統的燃燒模擬、煙氣模擬、泄漏模擬和爆炸模擬等重要模擬方法開展研究,選擇液體、氣體燃燒裝置作為火災模擬燃燒裝置,理論推導出產煙量與時間的關系,確定了石油化工火災模擬訓練系統的泄漏位置以及仿真爆炸模擬的方式、方法。在對比分析不同氣體燃燒裝置的基礎上,研發了大氣式燃燒裝置,應用于油罐火災模擬,對關鍵參數進行了理論推導。開發了可應用于建筑火災模擬的旋流式液體燃燒裝置,改進壓力不足情況下的噴射霧化方式,對裝置關鍵結構參數進行了推導計算。通過試驗研究使用LPG為燃料的氣體燃燒裝置模擬柴油池火燃燒,分析了燃燒裝置噴嘴直徑、噴射方式等因素對火焰表觀特征的影響,得出了以LPG為燃料氣體燃燒裝置的參數值,以及燃燒的熱釋放速率、溫度的變化規律。使用ALOHA對球罐泄漏進行模擬,利用FDS對立式罐燃燒泄漏和建筑火災場景進行模擬,分析得出常見球罐儲存物質氨氣的毒害與爆炸影響范圍,立式罐泄漏燃燒后不同距離的熱通量值,建筑火災場景熱釋放速率、溫度和煙氣流動的變化規律;構建石油化工和建筑火災模擬訓練場景,提供了關鍵設計規劃參數,研發了陷阱、屋頂墜落物和建筑結構變形等模擬訓練裝置。從訓練準備、執行和總結三個階段構建了火災模擬訓練體系,得出了評估指標體系的數學模型;基于效用函數開展了火災模擬訓練系統訓練科目的方案優選,確定了優選方案的方法及數學模型。在火災模擬安全訓練時間試驗的基礎上,從生存分析的角度,利用Cox分析方法,推導了火災模擬訓練時間數學模型與推薦值。通過試驗研究,分析了消防員參加火災模擬訓練過程中的心率變化規律,驗證了火災模擬訓練的科學性。
關鍵詞：消防員;模擬裝置;訓練場景;訓練設施;訓練方法
學科專業：安全科學與工程
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 文獻綜述
2.1 火災模擬訓練系統研究現狀
2.1.1 火災模擬訓練系統類別研究現狀
2.1.2 火災模擬訓練系統功能需求研究現狀
2.2 火災模擬訓練安全性研究現狀
2.2.1 火災模擬訓練危險性研究現狀
2.2.2 火災模擬訓練安全保障研究現狀
2.3 火災模擬訓練系統理論研究現狀
2.3.1 燃燒裝置理論研究現狀
2.3.2 訓練場景設置理論研究現狀
2.4 研究內容及技術路線
2.4.1 研究內容
2.4.2 技術路線
3 典型火災模擬訓練系統功能需求分析及模擬方法研究
3.1 石油化工火災模擬訓練系統需求分析
3.1.1 石油化工火災事故危險性分析
3.1.2 石油化工火災事故處置案例分析
3.1.3 石油化工火災模擬訓練系統模擬功能研究
3.2 建筑火災模擬訓練系統需求分析
3.2.1 建筑火災事故場所類型分析
3.2.2 建筑火災事故原因規律分析
3.2.3 建筑火災模擬訓練功能研究
3.3 火災模擬訓練系統模擬功能技術研究
3.3.1 燃燒模擬技術對比分析
3.3.2 煙氣模擬技術分析研究
3.3.3 泄漏模擬技術分析研究
3.3.4 爆炸模擬技術概述
3.4 本章小結
4 火災模擬訓練系統燃燒裝置研究
4.1 燃燒裝置關鍵技術研究
4.1.1 氣體燃燒裝置研發
4.1.2 液體燃燒裝置研發
4.2 燃燒裝置試驗研究
4.2.1 試驗原理分析
4.2.2 試驗裝置關鍵參數計算
4.2.3 試驗方法
4.2.4 火焰特征影響因素分析
4.2.5 燃料熱輻射差異性分析
4.3 燃燒裝置數值模擬研究
4.3.1 模型構建
4.3.3 熱輻射對比分析
4.3.4 溫度分布規律對比分析
4.4 本章小結
5 典型火災模擬訓練系統訓練場景研究
5.1 訓練場景計算機模擬分析
5.1.1 基于ALOHA的球罐泄漏場景分析
5.1.2 基于FDS的立式罐泄漏燃燒場景分析
5.1.3 基于FDS的建筑火災場景分析
5.2 石油化工火災模擬訓練系統訓練場景研究
5.2.1 訓練場景總體規劃
5.2.2 立式罐模擬區訓練場景構建
5.2.3 球罐與臥罐模擬區訓練場景構建
5.2.4 化工生產裝置模擬區訓練場景構建
5.3 建筑火災模擬訓練系統訓練場景研究
5.3.1 訓練場景分區構建
5.3.2 訓練場景構建
5.3.3 訓練裝置研發
5.4 本章小結
6 火災模擬訓練體系及試驗研究
6.1 火災模擬訓練體系研究
6.1.1 火災模擬訓練體系評估指標研究
6.1.2 火災模擬訓練體系科目優選研究
6.2 火災模擬安全訓練時間試驗研究
6.2.1 試驗原理分析
6.2.2 試驗方法概述
6.2.3 試驗結果分析
6.3 火災模擬訓練心率變化規律試驗研究
6.3.1 試驗原理分析
6.3.2 試驗方法概述
6.3.3 消防員火災模擬訓練心率變化規律分析
6.3.4 消防員火災模擬訓練心率差異性對比分析
6.4 本章小結
7 結論
7.1 主要結論
7.2 創新點
7.3 展望
參考文獻
附錄A 火焰特征影響因素分析試驗結果
附錄B 火災模擬訓練體系相關表格
附錄C 火災模擬訓練任務庫
作者簡歷及在學研究成果