項(xiàng)目名稱(chēng)：    火災(zāi)動(dòng)力學(xué)演化中若干關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題研究

推薦單位：    中國(guó)科學(xué)院

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：    本項(xiàng)目屬工程熱物理領(lǐng)域�；馂�(zāi)動(dòng)力學(xué)演化包含流動(dòng)、相變、傳熱傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜物理化學(xué)過(guò)程。本項(xiàng)目針對(duì)火災(zāi)孕育、發(fā)生和發(fā)展中若干關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，提出新的學(xué)術(shù)思路和研究方法，取得創(chuàng)新成果：(1)揭示Freeman-Carroll熱解反應(yīng)分析方法不穩(wěn)定性的理論根源，建立新的微分型熱解反應(yīng)分析方法；建立熱解數(shù)據(jù)高斯平滑策略，揭示積分型熱解反應(yīng)分析方法的理論誤差級(jí)；建立可燃物熱解反應(yīng)的"雙組分分階段一級(jí)反應(yīng)模型"，被國(guó)際學(xué)者證實(shí)與推廣，評(píng)價(jià)為"清楚表明熱解本質(zhì)"、"是對(duì)熱解數(shù)值分析的重要貢獻(xiàn)"。(2)提出可燃物熱解與著火物理過(guò)程研究新思路，建立火災(zāi)變熱流條件下纖維素質(zhì)材料熱解物理模型和著火判據(jù)，國(guó)際學(xué)者評(píng)價(jià)"研究工作新穎出色，表明中國(guó)火災(zāi)科學(xué)研究水平不斷提高"。(3)研制回燃模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，發(fā)現(xiàn)開(kāi)口形式對(duì)回燃的影響規(guī)律；建立回燃非線性動(dòng)力學(xué)模型，國(guó)際學(xué)者評(píng)價(jià)"對(duì)此復(fù)雜火災(zāi)安全工程問(wèn)題給出了很好的非線性分析方法"。(4)提出廣義抗火性概念，建立預(yù)測(cè)森林大火發(fā)生的新模型，揭示森林大火發(fā)生頻率呈重尾分布的根本原因，國(guó)際同行評(píng)價(jià)"量化了森林大火的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)"。(5)揭示揚(yáng)沸火災(zāi)中油水界面熱物理過(guò)程與揚(yáng)沸前兆噪聲特性及火焰結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，提出并建立基于噪聲辨識(shí)的揚(yáng)沸突變前兆預(yù)測(cè)方法。

發(fā)表代表性論著41篇部，包括論文37篇，我國(guó)第一部火災(zāi)科學(xué)著作和International Academic Publishers與Pergamon Press聯(lián)合出版的專(zhuān)著。論文被SCI收錄26篇，EI 收錄23篇；授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)。論著他引370次，其中SCI他引49次，EI他引78次。由Nova Science Publishers出版的專(zhuān)著特邀撰寫(xiě)一章介紹本項(xiàng)目回燃研究成果。獲國(guó)際火災(zāi)安全科學(xué)協(xié)會(huì)最佳博士論文獎(jiǎng)和中國(guó)科學(xué)院優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)各1次，1人獲中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)特別獎(jiǎng)，3人入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人任國(guó)際火災(zāi)科學(xué)首腦論壇唯一副主席，國(guó)際火災(zāi)安全科學(xué)協(xié)會(huì)常務(wù)理事，亞澳火災(zāi)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)主席和名譽(yù)主席。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：  (1) 揭示Freeman-Carroll（FC）熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析方法不穩(wěn)定性的理論根源，建立新的微分型熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析方法；建立熱解數(shù)據(jù)高斯平滑策略，并揭示積分型熱解反應(yīng)分析方法的理論誤差級(jí)；突破國(guó)際上"全局模擬"的思想，建立描述可燃物熱解反應(yīng)過(guò)程的"雙組分分階段一級(jí)反應(yīng)模型（PBSM模型）"，被國(guó)際學(xué)者證實(shí)與推廣應(yīng)用。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)所屬學(xué)科名稱(chēng)：燃燒學(xué)，支持該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的代表性論著序號(hào)是1、2、8和11-19、27。

(2) 提出廣義抗火性的概念，量化了火災(zāi)抑制因素的影響，建立了新的森林火災(zāi)元胞自動(dòng)機(jī)模型，揭示了森林大火發(fā)生頻率呈現(xiàn)重尾分布的根本原因，量化了森林大火的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而發(fā)展了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的森林火險(xiǎn)分析方法。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)所屬學(xué)科名稱(chēng)：燃燒學(xué)，支持該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的代表性論著序號(hào)是3、11-14、35-38，41。

(3) 針對(duì)火災(zāi)發(fā)展中具突發(fā)性和破壞性的回燃現(xiàn)象，研制回燃模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，發(fā)現(xiàn)腔體開(kāi)口形式對(duì)回燃的影響規(guī)律，揭示了回燃發(fā)生前重力流的精細(xì)流場(chǎng)特征；將突變理論引入到回燃現(xiàn)象的研究，建立了體現(xiàn)回燃突變特性的非線性動(dòng)力學(xué)模型。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)所屬學(xué)科名稱(chēng)：燃燒學(xué)，支持該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的代表性論著序號(hào)是4、6、9、11-14、21-22、24-25、33-34。

(4) 提出可燃物熱解與著火物理過(guò)程研究的新思路和模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，建立纖維素質(zhì)可燃物在火災(zāi)變化熱流條件下的熱解物理模型和著火判據(jù)，獲得線性上升熱流下著火時(shí)間與熱流變化率及可燃物密度間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式；改進(jìn)和完善了恒定熱流條件下固體可燃物熱解和著火的經(jīng)典一維物理模型。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)所屬學(xué)科名稱(chēng)：燃燒學(xué)，支持該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的代表性論著序號(hào)是5、10、11-14、20、26、28-32。

(5) 提出基于噪聲辨識(shí)預(yù)測(cè)揚(yáng)沸發(fā)生的新思想，從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面揭示了油水界面氣泡生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)特性對(duì)揚(yáng)沸火災(zāi)形成的影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)揚(yáng)沸火災(zāi)中油水界面熱物理過(guò)程與揚(yáng)沸前兆噪聲特性及火焰結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，建立基于噪聲辨識(shí)的揚(yáng)沸突變前兆預(yù)測(cè)方法。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)所屬學(xué)科名稱(chēng)：燃燒學(xué)，支持該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的代表性論著序號(hào)是7、11-14、23、39-40。

(6) 自主研制出多個(gè)在國(guó)際上獨(dú)具特色的火災(zāi)基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要包括：火災(zāi)早期特性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、回燃模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、揚(yáng)沸火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等。其中回燃模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)所屬學(xué)科名稱(chēng)：燃燒學(xué)，支持該發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的代表性論文序號(hào)是4-7、10、22-23。

主要完成人：  1.   范維澄

項(xiàng)目的組織者和領(lǐng)導(dǎo)者，提出本項(xiàng)目的關(guān)鍵學(xué)術(shù)思想和技術(shù)路線。首次提出并建立基于噪聲辨識(shí)的揚(yáng)沸突變前兆預(yù)報(bào)方法（第5發(fā)現(xiàn)點(diǎn)）；主持研制出回燃、揚(yáng)沸火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)等平臺(tái)（第6發(fā)現(xiàn)點(diǎn)）；研究了可燃物熱解的化學(xué)反應(yīng)和物理模型（第1、4發(fā)現(xiàn)點(diǎn)），回燃非線性動(dòng)力學(xué)模型（第3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)）和森林火災(zāi)的自組織臨界性（第2發(fā)現(xiàn)點(diǎn)）。在該項(xiàng)研究中的工作量約占本人工作量的60%。

(注：項(xiàng)目執(zhí)行期內(nèi)擔(dān)任劉乃安、宋衛(wèi)國(guó)和翁文國(guó)的博士研究生導(dǎo)師，并擔(dān)任楊立中博士后研究合作導(dǎo)師)

2.   劉乃安

項(xiàng)目主要參加者。揭示Freeman-Carroll（FC）熱解反應(yīng)分析方法不穩(wěn)定性的理論根源，建立新的微分型熱解反應(yīng)分析方法和熱解數(shù)據(jù)高斯平滑策略，揭示積分型熱解反應(yīng)分析方法的理論誤差級(jí)，建立可燃物熱解"雙組分分階段一級(jí)反應(yīng)模型（PBSM模型）（第1發(fā)現(xiàn)點(diǎn)）。在該項(xiàng)研究中的工作量約占本人工作量的80%。

3.   宋衛(wèi)國(guó)

項(xiàng)目主要參加者。提出廣義抗火性的概念，建立預(yù)測(cè)大規(guī)�；馂�(zāi)發(fā)生的新模型，揭示了大規(guī)�；馂�(zāi)重尾分布的根本原因，進(jìn)而發(fā)展了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的火險(xiǎn)分析方法（第2發(fā)現(xiàn)點(diǎn)）。在該項(xiàng)研究中的工作量約占本人工作量的80%。

4.   翁文國(guó)

項(xiàng)目主要參加者。揭示回燃前重力流的精細(xì)流場(chǎng)特征，發(fā)現(xiàn)腔體開(kāi)口形式對(duì)回燃的影響規(guī)律，率先把突變理論應(yīng)用到回燃現(xiàn)象的研究，建立了回燃非線性動(dòng)力學(xué)理論模型（第3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)）；參加回燃模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制（第6發(fā)現(xiàn)點(diǎn)）。在該項(xiàng)研究中的工作量約占本人工作量的80%。

5.   楊立中

項(xiàng)目主要參加者。主持研制火災(zāi)早期特性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（第6發(fā)現(xiàn)點(diǎn)），建立纖維素質(zhì)可燃物在火災(zāi)變化熱流條件下的熱解物理模型和著火判據(jù)，獲得線性上升熱流下著火時(shí)間與熱流變化率及可燃物密度間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，改進(jìn)和完善了恒定熱流條件下固體可燃物熱解和著火的經(jīng)典一維物理模型（第4發(fā)現(xiàn)點(diǎn)）。在該項(xiàng)研究中的工作量約占本人工作量的80%。

10篇代表性論文：  1.   Critical consideration on the Freeman and Carroll methods for evaluating global mass loss kinetics of polymer thermal degradation/Thermochimica Acta

2.   Kinetic modeling of thermal decomposition of natural cellulosic materials in air atmosphere/Journal of Analytical and Applied Pyrolysis

3.   Self-organized criticality of forest fire in China/ Ecological Modelling

4.   Experimental study of back-draft in a compartment with openings of different geometries/Combustion and Flame

5.   The pyrolysis and ignition of charring materials under an external heat flux/ Combustion and Flame

6.   A model of backdraft phenomenon in building fires/ Progress in Natural Science

7.   Experimental study on the premonitory phenomena of boilover in liquid pool fires supported on water/ Journal of Loss Prevention in the Process Industries

8.   Modelling the thermal decompositions of wood and leaves under a nitrogen atmosphere/Fire and Materials

9.   Wavelet-based image denoising in (Digital) particle image velocimetry/Signal Processing

10.  Experimental study on scale effect on mass loss rate of some woods/Journal of Fire Sciences