森林地表火蔓延的加速效应及其物理预测模型研究
批准号:
51936011
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
刘乃安
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘乃安
中文摘要
发展森林地表火蔓延加速预测技术,是森林火灾预测预警技术所须突破的关键瓶颈问题,为此从基础层面须解决的重大科学问题是森林地表火蔓延的加速机制与规律。本项目紧密围绕该重大科学问题开展深入研究,包括:1)研究地表火前锋合并诱发火蔓延加速效应,揭示低强度火前锋相互作用产生火焰合并而诱发高强度火前锋的物理机理;2)研究复杂地形下的地表火蔓延加速效应,揭示高坡度地形下火焰附着和火旋风导致的对流传热强化机制,以及峡谷地形下复杂火线演变模式和对流强化传热机制;3)研究环境风作用下的地表火蔓延加速效应,揭示环境风作用下连续和离散燃料的火蔓延传热模式和加速机制,建立环境风作用下耦合飞火颗粒燃烧动力学的飞火输运模型。项目有望从物理层面系统揭示燃烧-流动-传热耦合作用下地表火蔓延的加速效应,形成的理论和模型可为森林火灾(尤其是高强度火灾)的防控与应急决策提供重要参考依据和工具,有力提升森林火灾预测预警能力。
英文摘要
The development of prediction technology for forest surface fire spread acceleration is the key bottleneck problem for forest fire prediction and warning technology. Correspondingly, the major scientific problem to be solved is the acceleration mechanism and effects of forest surface fire spread. This project, systematically probing into the acceleration effect of forest surface fire spread, intends to 1) study the acceleration effect induced by merging of fire fronts, and reveal the physical mechanism of high-intensity fire fronts induced by interaction and flame merging of low-intensity fire fronts; 2) investigate the acceleration effect of surface fire spread in complex terrains, and explore the strengthening mechanism of convective heat transfer caused by flame attachment and firewhirls in high-slope terrains, as well as the complex evolution mode of fire lines and the strengthening mechanism of convective heat transfer in canyon terrains; 3) analyze the acceleration effect of surface fire spread under the ambient wind, reveal the fire spread heat transfer mode and acceleration mechanism of continuous and discrete fuels under the ambient wind, and establish the fire spotting model coupled with the combustion dynamics of fuel particles under the ambient wind. The project aims to fully elucidate the physical acceleration mechanisms of surface fire under the coupled effects of combustion, flow and heat transfer. The theories and models to be established are expected to enrich important reference bases and tools for the prevention and control of forest fire (especially high-intensity forest fire), and thus substantially improve the accuracy of forest fire prediction and warning.
发展森林地表火蔓延加速预测技术,是森林火灾预测预警技术所须突破的关键瓶颈问题。本项目紧密围绕三个科学问题开展了深入研究:(1) 地表火前锋合并诱发蔓延加速作用机制;(2) 复杂地形下地表火的燃烧与对流传热耦合加速作用机制;(3) 环境风作用下地表火的燃烧与对流传热耦合加速作用机制。项目成果为森林火灾的防控与应急决策提供重要参考依据和工具,有力提升森林火灾预测预警能力。. 本项目五年研究取得显著进展。在地表火前锋合并方面,构建了非浮力线性火焰长度的解析预测解,揭示了倾斜火焰的非对称流动和卷吸机制;揭示了非浮力线性火焰速度等自相似分布规律,构建了火焰轨迹物理预测模型,建立了双矩形火焰合并及高度预测模型。在复杂地形地表火耦合加速机制研究中,揭示了高坡度地形火蔓延诱发爆发火的临界物理条件,发现了峡谷地形下火蔓延的火线演化模式,揭示了爆发火形成的物理机制。揭示了锥形到柱形火旋风的演变规律,建立火旋风火焰宽度等半物理模型。在环境风作用下,揭示了风速和填充比对离散燃料火蔓延的影响规律,发现了离散可燃物的引燃模式,建立了飞火颗粒的燃烧模型和运输预测模型。. 本项目总计发表期刊论文48篇,其中SCI收录论文43篇,在国际燃烧两大权威期刊Proc. Combust. Inst.和Combust. Flame发表论文19篇。项目负责人应邀9次在本领域重要国际和国内学术会议作关于本项目研究成果的大会特邀报告。项目负责人受聘“长江学者”特聘教授,获安徽省自然科学奖一等奖(第一完成人)、宝钢优秀教师特等奖提名奖、安徽省教学成果特等奖(第一完成人)、安徽省高水平导师。项目负责人当选国际火灾安全科学学会主席、国际火灾研究机构主任论坛主席、国际燃烧学会中国分会主席、亚澳火灾科学技术学会副主席、国际燃烧学会理事。受邀担任第14届国际火灾安全科学会议规划委员会共同主席、第13届国际火灾安全科学会议科学程序委员会共同主席等重要学术职务。
森林火灾发生和蔓延的机理与预测模型研究
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批准号:41961144012
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项目类别:国际(地区)合作与交流项目
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资助金额:160万元
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批准年份:2019
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负责人:刘乃安
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依托单位:
森林地表火蔓延的加速效应及其物理预测模型研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:300万元
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批准年份:2019
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负责人:刘乃安
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依托单位:
森林爆发火的形成机制与动力学规律基础研究
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批准号:51476156
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项目类别:面上项目
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资助金额:95.0万元
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批准年份:2014
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负责人:刘乃安
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依托单位:
火旋风的燃烧与流动耦合作用机制与动力学规律基础研究
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批准号:51076148
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项目类别:面上项目
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资助金额:40.0万元
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批准年份:2010
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负责人:刘乃安
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依托单位:
防火树种热解动力学的传热传质效应与燃烧性表征问题研究
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批准号:50576090
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项目类别:面上项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2005
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负责人:刘乃安
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依托单位:
基于森林可燃物热解动力学与热稳定性的森林火灾预防与控制方法研究
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批准号:50346038
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:9.0万元
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批准年份:2003
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负责人:刘乃安
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依托单位:
国内基金
海外基金