烟粉生物质的热解特性对产品安全性与品质至关重要, 深入探究其热解行为可有效调控有害物质生成路径, 为加热卷烟的设计优化提供科学依据。该文利用热重分析仪研究了加热卷烟烟粉在氮气氛围下的热失重过程, 通过无模型拟合法(Kissinger-Akahira-Sunose法、Friedman法、Flynn-Wall-Ozawa法)计算了表观活化能, 并结合分步动力学模型与遗传算法求解了动力学参数。结果表明：烟粉的热解过程可分为脱水、半纤维素热解、纤维素热解和木质素热解4个阶段; 不同无模型拟合法计算得到的烟粉热解的表观活化能数值吻合度较高, 且均呈现先升高后降低再升高的趋势; 基于遗传算法优化的动力学参数计算的热失重曲线与实验数据吻合良好, 拟合度R2均在0.94以上。该研究深入了解加热卷烟烟粉的热解动力学, 可为提升加热卷烟的品质提供理论支持。
气候变化导致森林火灾形势加剧, 存在危害生物多样性、威胁人类居住带等潜在风险, 防火和灭火工作责任重大。风力灭火机在中国复杂地形林火扑救工作中被广泛应用, 但在实际工作中存在发动机易过热问题, 导致风量减少, 燃烧抑制效率降低。因此, 该研究通过流体尺度自适应模拟(scale adaptive simulation, SAS)研究了高速空气射流与正庚烷池火相互作用时的气相燃烧抑制机制; 通过与大涡模拟的对比验证了SAS的可靠性, 克服了传统大涡模拟在网格分辨率上的限制, 成功模拟了火焰—气流的相互作用过程, 预测误差保持在±15%以内。参数研究结果表明, 射流速度是影响火焰抑制效果的主导因素, 射流可通过动能驱动可燃气体稀释, 导致流场不稳定化。当气流速率超过50 m/s时, 可在0.2 s内实现气相燃烧终止; 相比之下, 温度变化的影响可忽略不计。该研究结论可用于风力灭火机在实际森林灭火场景中的优化设计, 推进野火抑制策略的逐步完善。
传统的光电感烟探测器获取的散射信息维度低, 在复杂环境中易受干扰源影响, 导致误报率高、识别准确率低。该研究通过分析不同波长、不同角度的散射光谱特征, 提出了一种火灾烟雾与干扰源的辨识方法。具体而言, 采用LED光源与光谱传感芯片, 在40°~85°范围内以5°为间隔, 选取10个散射角进行测量, 并于每个散射角下同步采集415~680 nm波长范围内8个离散通道的散射光谱信号。实验对象为5种标准火和5种典型干扰源, 并通过5种非标准火验证了方法的有效性。基于随机森林、XGBoost等5种机器学习算法构建火灾烟雾与干扰源辨识模型。结果表明, 在封闭腔体实验环境和特定样本库条件下, 50°散射角为最佳探测角度：XGBoost模型对5类标准火与干扰源的辨识准确率达100%, KNN模型对5类非标准火与干扰源的辨识准确率达97.2%且召回率大于95%。因此, 该散射光谱识别方法能够显著抑制误报问题。
液体燃料泄漏或溢出到航空发动机等高温部件热表面存在起火风险, 尤其是在燃料输送系统老化、机械碰撞或结构损伤等突发情况下, 液体燃料泄漏可能性增加。为减少此类火灾隐患, 该文研究了燃料液滴在高温热表面上的起火特性。以钛合金高温加热板模拟热表面, 针对直径为3.62~9.49 mm的RP-3航空煤油和正庚烷液滴的起火概率和起火延迟时间进行了实验研究。结果表明, RP-3航空煤油和正庚烷液滴在钛合金热表面起火的最低温度分别约为590 ℃和580 ℃, 起火概率随温度升高单调递增, 但随液滴直径呈现非单调性变化, 当液滴直径小于临界值(7.26 mm)时, 起火概率随直径增大而增加; 超过临界值后, 起火概率随直径增大而降低。起火延迟时间随温度升高而减小, 液滴直径为7.26 mm时起火延迟时间最短, 液滴直径偏离临界值均导致起火延迟时间的增加。相同温度和液滴直径条件下, RP-3航空煤油起火概率低于正庚烷。进一步基于蒸气浓度临界条件的物理Logistic模型和能量守恒-Arrhenius复合模型预测了起火概率和起火延迟时间, 误差均较小。该研究为航空发动机防火设计提供了理论依据, 并指出了低氧环境下模型修正的方向。
针对无人机破拆高层建筑玻璃幕墙灭火可能诱发室内轰燃的难题, 该文通过全尺寸实验揭示玻璃破拆引发轰燃的演化规律及影响因素, 探究了破拆时刻与火灾荷载影响室内轰燃进程的机理。研究结果表明, 在通风控制型火灾中, 幕墙破拆后烟气层温升速率呈现双峰特征, 氧气体积分数呈现七阶段动态演化。此外, 火灾荷载密度增加会线性提升热烟气层温升速率, 不会线性缩短轰燃时刻; 但当幕墙破拆时刻超过临界阈值时, 轰燃发生时刻稳定于固定值。该结果不仅为建筑幕墙破拆实验设计提供了关键参数依据, 更为高层建筑防灭火策略优化和无人机破窗灭火战术制定提供了理论支撑。
抽水蓄能电站中, 电缆隧道通常具有落差高、距离长、坡度大的特性, 这将影响火灾事故中电缆火蔓延行为。该文基于可变坡度缩尺寸(缩尺比1∶10)电缆隧道开展了电缆火蔓延实验, 探究了坡度(0°~45°) 对电缆火焰形态、电缆表面火焰前锋距离、平均火蔓延速度、电缆表面和顶棚温度等特征参数的影响。结果表明, 电缆表面火焰前锋距离和电缆平均火蔓延速度随着电缆隧道坡度的增大而增大。坡度为0°、15°、30°、45°条件下的火焰前锋距离分别为539、783、1 076、1 300 mm, 平均火蔓延速度分别为0.43、0.92、1.28、1.53 mm/s。倾斜条件下, 火焰贴附效应和烟囱效应增大了火焰的倾斜角度和未燃区电缆的预热面积, 提升了未燃区电缆的升温速率, 导致平均火蔓延速度增大, 而电缆隧道顶棚辐射加热作用对电缆火蔓延的影响较小。
该文结合理论分析和实验测试, 研究了8 kW/m2外加辐射下致密木材火蔓延行为, 致密木材厚度分别为2 mm、8 mm, 木材密度范围为281.53~973.61 kg/m3。结果表明, 木材厚度较小时, 火蔓延速度随木材密度的增加而先增后减, 转折密度为573 kg/m3; 但木材厚度较大时, 火蔓延速度随木材密度的增加而单调减小。火焰高度的变化规律与火蔓延速度相似, 经理论分析发现, 木材密度的增加使得燃烧时释放出更多可燃气体, 导致火焰高度上升, 但随着木材密度和厚度的进一步增加, 火焰高度因材料热惯性增大而下降。木材密度同时通过气相和固相传热影响火蔓延速度：木材厚度较小时, 火蔓延速度随木材密度的增大从气相传热主导转向气-固两相共同主导; 木材厚度较大时, 火蔓延速度受固相传热主导。基于传热理论, 对样品热厚度进行了判定, 并计算获得了与实验结果相近的理论火蔓延速度。研究结果可丰富相关火蔓延理论, 为致密木材在建筑领域的安全应用提供支撑。
电缆的安全运行受到多种环境因素的严峻挑战。因此, 为探究复杂环境对电缆护套耐火性能的影响规律, 该研究使用热、盐雾、湿热方法对低烟无卤阻燃电缆护套进行了多因素加速老化处理, 并通过总热释放、极限氧指数、比光密度和残炭量等参数, 分析了多环境因素耦合作用下低烟无卤阻燃电缆护套耐火性能的劣化规律。结果表明：不同的环境因素耦合作用对电缆护套阻燃性能的影响具有显著区别, 其中240 h湿热和120 h盐雾的耦合老化对低烟无卤阻燃电缆护套的耐火性能弱化最为不利, 总热释放增加了8.8%, 极限氧指数降低了6.3%, 最大比光密度增加了124.1%, 800 ℃下的残炭量减小了32.3%。该研究可为服役电缆的维护评估和高性能电缆的设计提供理论基础。
火焰沿着非规则壁面蔓延是一种常见现象, 但表现出与规则壁面较大的差异。该文通过开发的高精度火蔓延直接数值模拟简化模型, 开展了波纹壁面侧与规则平面侧火焰竖直向上蔓延的火灾动力学研究, 从火焰形态、火蔓延速度、火焰驻定距离、净热流分布、局部燃烧速率5个方面比较了波纹壁面侧与规则平面侧火焰特性, 探索了波纹壁面侧火焰发生分裂的原因, 分析了火焰净热流与局部燃烧速率的关联关系, 这为研究非规则贴壁火蔓延提供了重要参考。
该文主要研究了乙烯/丙烷湍流浮力扩散火焰燃烧特性, 重点分析了火焰形态、轴向温度分布及辐射特性。实验采用直径0.08 m的湍流扩散火焰燃烧器, 通过独立控制乙烯与丙烷气体流量实现不同燃料比例和总体积流量。实验结果表明：总体积流量在1~6 L/min时, 火焰高度、宽度、表面积和体积均随热释放速率的增加单调递增; 火焰轴向温度随高度的增加表现出先升后降的趋势。丙烷体积分数一定时, 火焰辐射功率随热释放速率的增加而显著增大, 但火焰辐射分数呈现先增后减的非线性变化规律。该文最终建立了乙烯/丙烷混合燃料湍流浮力扩散火焰形态及辐射分数预测模型, 并基于预测模型进一步建立了气体火焰与液体池火的等效方法, 可为火灾研究、消防安全测试及消防训练中的真实火灾模拟技术提供理论指导。
为了探究近壁面浮力扩散火焰非稳态燃烧行为和振荡特性, 该文开展了3种长宽比火源在不同火源壁面间距(0~4 cm) 和热释放速率(3.8~17.1 kW) 下的燃烧实验与数值模拟, 重点分析了火焰振荡频率和动态附壁特征参数的变化规律。研究结果表明：火焰附壁概率和附壁长度随着火源长宽比和热释放速率的增加而增加。对于长宽比为1的方形火源, 当热释放速率小于11.4 kW时, 全局振荡频率随着火源壁面间距的增加而增大; 当热释放速率大于或等于11.4 kW时, 全局振荡频率随火源壁面间距的增加而减小, 与长宽比为4和8的矩形火源的变化趋势一致。基于镜面模型分析, 获得近壁火源特征直径, 并进一步建立了无量纲全局振荡频率与Froude数倒数的无量纲关系式。该研究可为受限空间防火设计提供一定的理论依据。
在森林火灾频发、输电线路密集的区域, 架空线路失效可能引发森林火灾, 森林火灾的蔓延也会影响周边架空线路的安全稳定运行。目前, 架空线路失效与森林火灾的次生和衍生事故演化机理尚不明确, 导致相应风险管控措施可能存在针对性不足的问题。因此, 该文基于复杂网络理论构建架空线路失效及森林火灾次生和衍生事故灾害链网络, 探究“森林火灾”和“架空线路失效”互相诱发对灾害链形成机制的影响。一方面, 通过计算节点中心度、接近中心度等指标, 多角度评估各灾害节点在灾害链网络中的作用及影响程度, 进而确定架空线路失效及森林火灾次生和衍生事故灾害链的关键节点; 另一方面, 以灾害链各演化路径的传递概率为评价准则, 利用Jaccard指数提取关键传播路径。在此基础上, 结合断链减灾理论明确如何有效地阻止次生灾害的发生, 为实际森林火灾防控及森林电网运维提供决策支持。
许多烃及其含氧衍生物属于GHS标签分类中的物理危险, 即在稳定的储存环境中也会发生热分解甚至燃烧、爆炸, 对环境、人体造成难以恢复的伤害。因此, 快速精准评估此类物质分解引发的事故后果是工程领域中常面临的实际问题。该研究提出了一种引入小分子烃多组分的替代模型, 用于表征易燃易爆危化品中烃类含氧衍生物的燃烧特性, 实现大分子复杂物质燃烧反应动力学模型构建, 从而反映危化品事故后果的特征。研究结果表明, 醇类与醚类替代模型的必含组分基本一致, 均为CH4、C2H6、C3H8、C4H10, 并且其最佳替代方案具有极高的重合性, 呋喃类物质多组分替代模型包括CH4、i-C4H8和C4H10, 分析结果与高温热裂解实验相符。该研究为构建烃及其含氧衍生物的燃烧反应动力学模型提供了新思路。
针对复杂工况下故障电弧检测存在多模态特征利用率低、噪声鲁棒性差的问题, 该文提出一种基于多模态特征融合的故障电弧检测方法。通过搭建过电流诱发并联击穿电弧的实验电路, 采集不同阻燃等级护套线与过电流参数下的电流时序信号, 构建多模态数据集。基于Markov转换场、递归图等5种时域、频域、时频域转换方法, 将瞬态电流信号映射为时频-空间特征图, 并与一维时序信号结合, 引入交叉注意力机制优化Swin-Transformer网络, 实现跨模态特征协同优化。结果表明, 时频图像增强了对高频暂态特征的敏感性, 注意力机制通过聚焦关键频段和时域片段, 能更有效地捕捉故障电弧特征, 其分类准确率达98.07%, 较传统CNN模型提升了0.37%, 为过电流诱发并联击穿电弧检测提供了更可靠的技术方案。
安全文化建设是煤炭企业应对安全挑战的关键。然而, 现有安全文化建设方法存在“安全文化”术语界定模糊、与其他组织安全要素交互机制缺失的双重局限, 难以充分发挥安全文化建设在事故预防中的作用。为此, 该文运用基于事故致因“2-4”模型(24Model)的安全文化建设方法对煤炭企业开展实证研究并提出改进对策。首先, 依托安全文化定量测量系统(safety culture analysis program, SCAP)采集并检验了来自中国19家煤炭企业的3 482份有效问卷; 其次, 从员工个体特征(性别、岗位工龄、受教育水平)、行业整体和职能岗位群体(管理层、专业人员、班组长、一线员工)3个分析维度, 系统剖析各因素对安全文化水平的影响机制; 最后, 基于实证结果提出了针对性的安全文化水平提升策略。研究结果表明：工作年限超过10年和高学历员工的安全理念认知水平显著优于短工龄和低学历员工; 样本企业整体安全文化得分为78.19, 略高于国内其他行业企业均值(77.74);通过对4类人员在32个元素的得分与国内安全较好和较差企业的对比, 揭示了不同职能群体对特定安全理念的认知差异; 在此基础上, 基于相关性分析, 构建了三阶段、双路径的改进策略。
为提升重大公共安全风险防范与化解能力, 亟需深入探究公共安全多元风险因素间的耦合作用机制。该研究基于公共安全领域开源情报数据, 构建了风险感知与风险交织双维模型, 进而建立了面向开源情报的公共安全风险交织机理分析框架。为验证该分析框架的有效性, 选取开源网站2000—2022年的开源信息作为实证案例进行系统分析。研究结果显示：该分析框架能够精准量化不同风险类型的时序关联特征与交织耦合程度, 实现对公共安全风险的动态监测与智能评估。该研究可为构建风险预警体系、优化应急决策提供科学依据。
洪涝灾害应急管理中, 准确预测转移安置人口数量对提升灾后响应效率至关重要。该文基于2014—2018年全国范围内暴雨洪涝灾害数据, 构建了结合特征选择与数据增强的极端梯度提升(XGBoost)转移人数预测模型。所用数据涵盖历史洪涝灾害的气象信息、地理要素等多维特征。通过Shapley可加性特征解释(SHAP)方法和递归特征添加方法, 模型能有效获取灾害发生时的关键影响因素; 通过加权k近邻的Gauss噪声注入方法, 模型显著提升了泛化能力与鲁棒性。实验结果显示：数据增强显著提升了模型在测试集上的表现, R2由0.854提高至0.967, RMSE由0.296降至0.123, 模型展现出更强的预测精度和更低的误差。该研究可为暴雨洪涝灾害中应急救援物资的科学配置与高效调度提供决策参考。
电动驱动桥是由行星轮系、轴系、轴承和壳体等多种零部件构成的大型复杂柔性系统, 不可避免的齿轮偏心误差激励会产生信号调制现象, 严重影响系统振动特性。采用空间梁单元建立的系统等效动力学模型能够有效求解振动响应, 但对于大型复杂系统而言计算时间仍然较长。该文提出了一种考虑齿轮偏心误差激励的电动驱动桥高效动力学计算方法。该方法在有限元模型基础上, 进一步采用模态综合法对各部件的刚度和质量矩阵进行维度缩减, 系统自由度下降45.7%, 显著提高了计算效率。与试验结果对比表明, 各车速下, 该方法在加速度时域和频域响应中均能有效体现出偏心误差激励对振动响应的显著影响, 且与试验结果一致, 证明了其正确性和考虑齿轮偏心误差激励的必要性。
基于多项logit(multinomial logit, MNL)模型的弹性分析是交通需求调控、政策制定的重要方法, 现有研究以弹性公式的正向应用为主, 较少涉及以挖掘选择概率调控潜力为导向的弹性公式单调、极值性质及逆向解析分析, 但后者具有重要的工程意义。为了定量分析MNL点弹性函数单调性及极值性质, 并逆向解析识别出具有调节选择概率潜力的属性变量变动区间, 该研究首先基于微分分析和Lambert W函数理论, 给出了MNL模型自身、交叉点弹性公式的单调区间、极值、极限值, 并提出选择概率对定义域内属性变量是否存在富有弹性区间的判定不等式; 其次, 基于Lambert W函数理论, 在给定弹性阈值下, 逆向解出满足此弹性阈值的属性变量的广义封闭形式, 并识别出具有调节选择概率潜力的属性变量变动区间; 最后, 针对2个涉及交通方式选择的案例, 分别以公交票价优惠及公交出行补贴为属性自变量, 验证此理论的实用性。该研究为考虑调节成本、预期效果显著性情况下的属性变量目标值的科学决策提供了重要理论依据。
中华人民共和国住房和城乡建设部印发的《“十四五”建筑业发展规划》中明确提出积极推进钢结构住宅建设, 然而目前关于钢结构住宅相对优势的认识尚未深入, 特别是缺乏碳排放相关的学术研究。因此, 该文从环境效益视角构建了3类典型住宅建筑(6、18、32层)物化阶段碳排放模型, 对比了钢混结构与钢结构在碳排放水平及碳减排潜力方面的差异。结果表明：当前阶段, 钢结构高层住宅的碳排放强度比钢混结构住宅增加了4.2%~13.3%;由于钢铁行业具备更高的碳减排潜力, 随着上游部门技术水平的提升, 钢结构住宅的碳排放强度预计可比钢混结构住宅减少5%~20%。尽管当前钢结构住宅在碳排放方面的优势尚未充分显现, 但在上游部门与建筑行业的共同推动下有望具备显著的碳减排潜力。
审稿意见