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《中国科学技术大学》 2011年
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西藏低压环境受限空间顶棚射流区火灾烟雾信号规律与探测算法研究

王彦  
【摘要】:西藏低压低氧气浓度环境直接影响火灾燃烧、烟气运动特征、烟气信号大小及发展变化趋势。给基于火灾产物的浓度、强度及发展趋势变化等特征采用信号处理识别算法实现探测报警的火灾探测技术带来很大影响。然而以西藏为代表的高原低压环境地区建筑火灾探测器选型与布置仍然沿用内地平原地区标准规范,缺乏科学依据与数据支持,存在很大漏报和误报可能。 感烟探测器的参数设计需要依据烟雾相关特性的定量表达。要实现有效探测,必须定量研究高原低压环境受限空间顶棚射流区火灾烟雾信号规律并据此提出相应的措施指导探测器的选型、设计和安装,以满足西藏地区火灾防治需求。 为揭示顶棚射流区域烟气温度特性,首先针对稳定热释放速率火源,运用经验公式与压力相似模型,推导出顶棚射流区域烟气在发展段与稳定段温度随气压变化的关系。然后利用拉萨合肥两地相同尺寸的标准火实验间进行乙醇池火燃烧实验验证。结果表明,实验数据分析曲线与理论推导的结果在误差允许范围内能够得到很好吻合。 针对工程经验公式对顶棚射流区烟雾浓度分析时出现较大的偏差。从羽流与射流的基本理论出发推导得出顶棚射流区烟雾浓度的定量表达。研究发现,该推导公式能够很好解释实验结果。即,烟雾浓度随着燃料热释放速率的加大而增大。如果两地热释放速率相同,烟雾浓度及组分浓度则一致。而后从热对流方程出发,推导出常压环境中通过降低重力加速度实现与低压常重力环境保持热自然对流过程相似的结论。所以采用微重力环境材料燃烧特性、烟颗粒形貌特征及感烟探测器性能表现等对高原低压环境感烟探测器灵敏度问题进行反演分析。结果表明,该半定量的分析结果能够较好解释实验现象。 针对西藏高原低压环境火灾燃烧产生烟雾信号较弱特点,在传统的智能火灾探测算法中植入灰色GM(1,1)预测模型对后续时间点火灾烟雾信号进行预测放大。为排除环境干扰,周期采样的数据需要先经过较低阈值和趋势算法的判断。为提高探测算法智能度,提出灰色预测模型与神经网络相融合的火灾探测算法应用于高原地区火灾探测,得到了较好效果。考虑到神经网络输出有模糊度较大难以判决的火灾情形,引入模糊理论,提出灰色模糊神经网络算法对烟雾信号进行处理实现火灾探测。最后,用拉萨标准燃烧间实地采集的具有较好重复性正庚烷火实验数据对算法进行验证,表明该算法能够提供及时准确的报警。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X932;X924.4

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