美丽的烟花范文（精选5篇）

美丽的烟花 第1篇

1983年, Reeves首先提出了粒子系统。粒子系统可以方便地模拟一些不规则物体, 比如火焰、瀑布、雨、雪、草地和树木等。其基本思想是把不规则形状的物体看作是许多粒子所组成的, 各个粒子都有自己的属性, 粒子的这些属性随时间的推移而不断地改变, 从而模拟出不规则物体及其运动变化的过程[1]。本文利用粒子系统的基本原理, 结合纹理映射, 以VisualC++6.0和OpenGL为开发工具, 来绘制烟花从上升到爆炸的效果, 并且实现了在屏幕上单击鼠标则显示烟花爆炸的效果, 从而控制了烟花爆炸的位置, 提高了用粒子系统模拟烟花的灵活性。

1粒子系统的基本原理

粒子系统把要模拟的不规则物体定义为大量随机分布的粒子, 每个粒子都有一组属性, 如位置速度、颜色和生命期等。一个粒子究竟有些什么样的属性, 主要取决于具体应用。比如说用来模拟烟花的粒子的颜色一般都是五颜六色的, 这样就能得到比较好的仿真效果。粒子系统是一个动态的模型, 随着时间的推移, 系统中旧的粒子不断消失, 的粒子不断加入。与此同时, 与粒子有关的每个属均受到一个随机过程的控制而不断地进行更新[2]。

通常用粒子系统绘制一幅图画的过程如图1所示。

2烟花模拟算法

烟花在空中上升之后爆炸形成不同的形状, 可以说是千姿百态。由于烟花燃放时姿态各异, 所以每种烟花都的模拟需要对应着不同的烟花粒子系统。本文选择其中具有代表性的“牡丹状”进行研究和模拟。其他形状的烟花可以由此基本模型修改而成。

2. 1烟花粒子的生成及初始化[3]

2.1.1 烟花粒子

定义为实数域上的一个n维向量, 表示为:Rn = { Position, Speed, Accelerate_ speed, Direction, Color, B right, Lifetime, Type, Flow} , Rn表示某一烟花粒子的性质和状态, 包括:粒子的空间位置、运动速度及加速度、运动方向、颜色、亮度、生存期、运动状态等属性。它是组成烟花的基本粒子。

烟花粒子的数据结构如下:

烟花则是由一组具有相似性质的烟花粒子组成的。烟花的数据结构如下:

2.1.2 烟花粒子数量定义

在烟花模型中, 粒子只在某一帧产生, 在后面的运动过程中不再产生新粒子, 仅仅是这些初始粒子运动状态的更新。这样粒子数可以定义为一个常数MAX_PARTICLES。这个常数的选择很重要, 如果过多, 会影响系统的实时性。如果过少, 则会影响烟花模拟的真实性。

2.1.3 烟花粒子的初始化

1) 粒子的初始位置:粒子的初始位置position (x, y, z) 是用随机函数rand () 来生成的。

2) 粒子的初始颜色:颜色是烟花显示中重要的一个特性。在烟花模拟中, 每团烟花都需要用大量的粒子来描述。在模型中把各种粒子颜色放在一个数组中, 然后由系统随机调用。

3) 粒子的速度和加速度:如果烟花是直线型升到空中发生爆炸, 则粒子初始速度x, z方向上都为0, 只有y方向上有初始速度和加速度。其中速度是随机生成的, 加速度由动力学可知是g=9.8 m/s2。如果烟花上升过程中发生偏转, 则x, y方向上的速度和加速度都不为0。

2.2烟花粒子的运动更新[4,5]

通过分析烟花的燃放过程, 可以看出其包括两个主要阶段:头粒子上升到一定高度, 尾粒子爆炸后形成牡丹状的烟花。下面分别对这两个阶段进行分析:

1) 第一阶段:粒子的初始位置确定之后便开始上升, 上升后遵循动力学原理:

s= gt2/2 其中t为粒子的运动时间, s为粒子y方向上的位移。

2) 第二阶段:当烟花粒子y方向的速度变为0时, 粒子上升到最高点, 则要发生爆炸。爆炸形成一个圆形, 即所有的烟花粒子以y轴为基准向四周偏转一个角度, 从而形成一个牡丹状的烟花。实现代码为:

其中θ为粒子在x, z方向上绕y轴旋转的角度。这样就会形成规则的原型牡丹状烟花。如果在sin和cos函数中加入rand () 随机函数, 就会使得每一帧绕y轴旋转的角度不同, 形成不规则的烟花。

2.3烟花粒子的消亡

粒子产生后, 经过一定的时间间隔, 由于某种原因从系统中被除去称为粒子消亡。烟花爆炸后能量慢慢地减少, 最后到消失。烟花模型中用变量flg来表示粒子的生命期, 当粒子产生时赋予flg一个0～1之间初值, 随着时间的推移, flg慢慢减小, 最后为0。flg=0时说明粒子的生命期已经结束, 则从系统中删除此粒子。

2.4OpenGl纹理映射[6]

OpenGL中纹理映射就是将纹理的颜色和与某个物体对应的象素颜色相互结合所产生的一种效果。为尽可能减少系统所绘制多边形的数量, 将粒子简化为一个矩形面片, 赋予该四边形位置、颜色、生存期、速度大小、速度方向等属性, 来模拟烟花的动态效果。然后贴上纹理, 即四边形的顶点坐标与纹理图象的坐标相对应。模型中采用图片是128 128的BMP图片, 图片是黑色背景, 白色纹理, 如图2所示。

3可控位置的烟花模拟[7]

从第2节可以看出, 粒子系统初始化时具有很大的随机性。粒子的初始位置是由随机函数rand ( ) 来实现的, 非常不利于控制。为了能很好地控制烟花的位置, 可以结合Visual C++6.0中的鼠标消息函数来实现用鼠标控制烟花的位置。

鼠标消息是应用程序开发中常需要处理的消息, 当鼠标移动、左键 (右键) 的按下或松开、双击操作等都可以产生相应的鼠标消息。MFC中对几种常用的鼠标消息进行了封装。利用Classwizad可以轻松地为这些消息添加消息映射和消息处理函数。如对消息WM_LBUTTONDOWN, 消息映射宏的函数为onLButtonDown ( ) , 其声明如下:afx_msg void OnLButtonDown (UINT nFlags, CPoint point) 。其中参数nFlags表明当前一些按键的消息[8]。

在烟花模拟系统中, 为了模拟方便, 我们把模型简化为用鼠标单击屏幕, 则烟花粒子在单击的位置开始爆炸。过程是单击鼠标左键, 则系统把单击鼠标的位置传送给消息处理函数OnLButtonDown () , 接着在此位置上烟花粒子发生爆炸。主要实现的代码如下:

由于烟花绘制函数的不同, 模拟会形成两种不同的效果。第一种:鼠标单击后烟花爆炸, 当前烟花还未爆炸完就单击屏幕, 接着又会产生烟花爆炸效果。第二种:每个烟花爆炸完消失后单击鼠标才会有效果, 否则单击也没有效果。

利用VC++6.0中的鼠标消息函数, 还可以实现按住鼠标左键不放拖动时实现一连串烟花爆炸的效果, 主要依赖于鼠标消息函数OnLButtonDown ( ) (按下鼠标左键) , OnLButtonUp ( ) (松开鼠标左键) , OnMouseMove ( ) (鼠标移动) 的共同作用来实现, 原理上和仅仅单击左键类似。

4实验结果与分析

根据上述算法, 在普通PC 机 ( Athon ( tm) 2.10 GHz 处理器, 1 G 内存) 上利用标OpenGL图形库实现了烟花的模拟。

图3为用点作为图元的烟花效果。

图4用矩形面片作为图元来绘制烟花, 虽然提高了系统的实时性, 但是我们可以看出来, 模拟的真实效果不太理想。

图5是用图2作为纹理映射到矩形面片上来实现的规则形状的烟花模拟, 可以看出来模拟的真实性很好。

图6是用图2作为纹理映射来实现的不规则形状的烟花模拟。

用鼠标来控制烟花的位置有两种情况:第一种, 单击鼠标左键, 烟花开始爆炸。第二种, 按住鼠标左键不放, 拖动鼠标, 则在桌面上画出一连串的烟花。这两种效果都是基于图5所示的烟花模型。由于动态演示才能看出效果, 所以仅截出静态图来显示。图7为按住鼠标左键, 然后向上拖动形成了一连串的烟花效果。

从模拟逼真程度、系统简单性、实时性、灵活性出发建立了烟花模型, 结合OpenGL纹理映射技术, 模拟了烟花从上升到爆炸的过程, 实现了较好的烟花效果。并且用此模型和Visual C++ 6.0的鼠标消息函数相结合, 实现了烟花爆炸位置的可控性。

我们可以看到为了更好地发挥粒子系统的作用, 在使用过程中还要与其他算法相结合。在模型中还要进一步考虑风场等因素, 要适当调整模型的参数, 让它具有很好的可移植性, 这样才能更好的利用粒子系统的基本原理来模拟出理想的效果。

摘要：粒子系统是用来模拟不规则运动物体的一种比较有效的方法。首先阐述了粒子系统的基本原理, 对烟花粒子系统的基本模型和燃放原理进行了分析。然后利用粒子系统的基本原理, 结合烟花燃放的具体特点, 建立了基于粒子系统与纹理映射的烟花动态模型。模拟了烟花从上升到爆炸, 再到消失的过程。在已建好的模型中结合VisualC++6.0提供的鼠标消息函数, 通过鼠标来控制烟花燃放的位置。实验结果表明, 该方法满足实时性和逼真性的要求, 使得烟花模型可控性、灵活性加强。

关键词：粒子系统,烟花模拟,纹理映射,可控位置

参考文献

[1]Reeves W.Particle systems:a technique for modeling a class of fuzzy objects.Computer Graphics, 1983;17 (3) :359—375

[2]张芹, 吴慧中.火焰、烟、云等不规则物体的建模方法研究综述.中国图象图形学报, 2000; (3) :186—190

[3]张芹, 吴慧中, 张健.基于粒子系统的建模方法研究.计算机科学, 2003; (8) :144—146

[4]丁纪云, 陈利平, 李思昆.基于OpenGL的烟花动态模拟方法的研究与实现.计算机工程, 2002; (4) :240—241

[5]肖何, 何明耘, 白忠建.OpenGL中基于粒子系统的喷泉模拟实现.计算机仿真, 2007; (12) :543—547

[6]Shreiner D.OpenGL编程指南.徐波, 译.北京:中国电力出版社, 2006

[7]罗勇, 文建国.面向对象的通用粒子系统设计及其在火焰模拟中的应用.科学技术与工程, 2008;8 (15) :4174—4178

孩子的想象力如烟花般绚烂 第2篇

《北京亮起来了》是人教版义务教育六年制小学语文二年级下册三单元的一篇课文。本单元主题是爱祖国,爱家乡。

通过学习这篇课文,学生可以进一步了解祖国的辽阔、美丽,增强他们对祖国的认识和热爱,并激发他们认识家乡的渴望和赞美家乡的感情。作者把视角投向了华灯高照、川流不息的长安街,金碧辉煌的天安门城楼,环行路上的立交桥,繁华的王府井、西单商业街,古老的故宫,美丽的角楼,运用优美的文字从不同方面介绍了我国首都北京五光十色、灯光灿烂迷人的夜景,展示了北京这座文化古城改革开放以来发生的巨大变化,表达了作者对首都北京的热爱、赞美之情。

【课时安排】

本课我分两个课时教学,第一课时我让学生会认15个生字,会写5个生字。初读课文,能正确流利地朗读课文。第二课时是理解“焕然一新、金碧辉煌、从天而降、犹如”等词义,用“犹如”说话,并正确书写7个生字。正确、流利、有感情地朗读课文,背诵自己喜欢的部分,感受北京的美丽和日新月异的变化,进一步激发热爱祖国首都的意识和感情。

【情景描述】

1.师:同学们,北京亮起来了,让我们细细地读读课文的第一自然段,说说亮起来的北京是什么样子的?

生1:北京是灯的海洋,光的世界。

生2:每当夜幕降临,北京亮起来了,成了灯的海洋,光的世界。

(师板书:灯的海洋,光的世界)

2.师:作者向我们描绘了北京的哪些地方?请大家接着来读第二自然段。

生1:写的是北京的长安街。

生2:写天安门的灯金碧辉煌。

生3:这段写长安街华灯高照。(师:课件出示:长安街)

师:(看图片)看!长安街华灯高照,天安门城楼金碧辉煌,很美!

3.师:接着读第三自然段,看看这段写的什么?

生1:第三段写北京环形路上的灯。

生2:北京环形路上有各种灯。

生3:北京的立交桥犹如道道彩虹。师(课件出示:环形路)

(师同时出示课件)

学生对于(1)问轻而易举,知道是好像、仿佛的意思。(2)问通过学生的自读可以在文章中找到答案。(3)问的说话训练,我在课前备课中就担心孩子们回答不上来。我自己还预设了几种回答,以帮助孩子们。但是,让我没有想到的是,孩子们不需要老师的帮助,他们纷纷举起小手回答道:“一个个照明灯犹如颗颗星星。”“一个个照明灯犹如一把把火炬。”“一盏盏草坪灯犹如颗颗宝石。”“一盏盏草坪灯犹如一只只萤火虫。”“一盏盏喷泉灯犹如一条条鲸鱼。”“一个个喷泉灯犹如五颜六色的流星雨。”“一盏盏礼花灯犹如一朵朵雪花。”“一盏盏礼花灯犹如一颗颗降落的陨石。”这一句句充满智慧的话从孩子的口中脱口而出,是那么充满想象力,那么让我心情激动,我为孩子们灵动的话语震撼。

【点评与分析】

孩子们这一精彩的发言是来自于他们的认识与生活经验,这一过程也是一种感悟,感悟不是告诉,而是激励、唤醒、刺激、探究、体验。同时也要联系生活实际进行感悟,如,“照明灯”“草坪灯”“喷泉灯”“礼花灯”,让学生说说在重庆什么地方看到过,然后用“犹如”想象说话,感悟各式各样的灯汇集成海洋,让北京璀璨夺目。这一过程也刺激孩子的求知欲望和想象能力。物理学家爱因斯坦曾说过:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力则概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。”由此可见,想象在学生中的重要作用。首先,想象能增强语文学习的主动性、预见性和计划性。其次,想象能促进语文学习的深入进行,使学习活动具有创造力。因此,语文教师应做一位慧眼识金的“矿工”,去开发学生的想象。

【反思】

这堂课最大的亮点就是激发学生的想象力,而这一点是我没有想到的。作为二年级的学生,敢于发表自己的见解,他们内心的创造力是无限的。而我前一届的学生在三年级教学排比句时,要求孩子们用“有的像……有的像……有的像……”说话,都只能简单地说白云像小兔,像小狗,像小猫。而这句话都是在老师的提示下出来的,都不能在名词前加形容词。一个说白云,其他的孩子也只能说白云,不能列举其他事物,让我很有挫败感。而今天二年级的孩子没有我的提示,能说得这么好,的确让我吃惊。但一回想,我在本班教学中会每天给他们讲故事,让他们说说你听了故事后的感受,培养他们的听力,训练他们独立思考的能力,发展他们的言语。同时,我会在平时的教学中培养他们的想象力。如,利用插图发展想象;巧用空白,填补想象;结尾延伸,拓展想象等方式来训练他们。今天孩子们能创造丰富的想象,让语文课堂变得生机勃勃,展现出千姿百态的语文课堂,也是我平时辛勤培育的小小成功呀!而以前的挫败感的确是我在培养学生想象力方面欠缺了。为让孩子更好地展现心灵深处的图画,放飞孩子想象的翅膀吧!

美丽的烟花 第3篇

我一吃好年夜饭，就迫不及待地拿出爸爸买好的各色烟花，准备热热闹闹地过除夕夜。

天空中有各式各样、五光十色的烟花：有的像一条闪闪发光的章鱼，有的像一只色彩斑斓的大蜘蛛，有的像一朵大大的菊花，有的像一棵喷火的松树，有的像一串串慢慢长大、不断变换颜色、不断升高的彩色珍珠

在美丽的夜色里，有许多小朋友尽情地玩耍，快乐地燃放烟花：有的举着长长的烟花棒，一边跑一边放，像一名奥运火炬手;有的一边看，一边欢呼雀跃;有的一边捂着耳朵，一边小手发抖地点着花炮

看到这，我也情不自禁地拿出烟花和燃具，放了起来!在一份紧张、一份害怕、一份兴奋、一份激动之中，我点燃了烟花。

烟花在天空中越来越多，望着绚丽多彩的星空，我不禁赞叹道：“哇!好美啊”。

新式高效烟花自动卷筒机的研制 第4篇

关键词：新式,高效,自动控制,气动,烟花卷筒机

0 引言

目前,我国烟花爆竹行业依然是躲在深山老林中,其生产方法和方式仍是传统的手工作坊,人药直接接触,劳动生产效率低下,安全隐患严重。另一方面,烟花爆竹生产属于火工烟火生产行业范畴,是易燃易爆的危险作业,并且是在环境很恶劣下作业。全国有几千家烟花爆竹企业,据不完全统计,平均每天都有2起烟花爆竹安全生产事故发生。而现在的社会主流是城市化,健康化和环保化。烟花爆竹生产机械化和自动化,是改善生产条件、提高劳动生产效率和安全保障水平的必然条件,是摆脱手工操作落后面貌的根本途径。实现烟花爆竹生产的机械化和自动化为安全生产管理提供了有力的硬件,为行业向安全化管理发展打下基础,表现在机械化和自动化可减少从业人员的总人数,减少人员就减少了事故发生的数量以及人员受伤害的数量;机械自动化生产同时带来了量化生产,所以在同产量对比下减少了人员和裸药接触次数和时间;通过机械自动化生产,有些工序可以实现人员临时隔离操作,同时机械化可以杜绝疲劳作业,从而减少事故发生。由于机械化生产意味着同比条件下普通工人及管理人员的相对减少,从而降低了成本,增强了竞争力,使得强者恒强,随时间的推移而逐渐形成大的集团式企业。机械的发展也使得标准化生产成为强大竞争后的产物。因而实现烟花爆竹生产的机械化和自动化,有利于推进我国烟花爆竹企业整改提升,加快烟花爆竹传统产业改造步伐,提高产品质量,促进产业升级,努力推进烟花爆竹生产向“工厂化、机械化、标准化、科技化、集约化”的目标迈进,实现我国烟花爆竹安全、健康、可持续发展。为此,实现烟花爆竹生产的机械化和自动化是烟花爆竹行业迫在眉睫的工作。

1 新式高效烟花自动卷筒机的机械结构及其主要技术参数

新式高效烟花自动卷筒机由自动上纸机构、自动送纸机构、送纸调偏机构、自动上胶机构、自动切纸机构、自动卷筒机构、气动推筒机构和自动切筒机构组成。

自动上纸机构如图1所示。其工作过程为:件号19电机通过减速器18及安装在其上的链条传动件号15梯形螺杆转动,其上的螺母作直线运动,带动与螺母相联的件号8支臂运动,件号8与件号30转筒焊接相联,从而带动件号30旋转,件号30与件号4转臂焊接相联,件号30带动件号4上升,待卷纸筒件号33放在转臂件号4上,从而带动纵纸的上升,实现自动上纸。

其余机构限于篇幅不作介绍。

该设备能加工纸管内径为076mm;纸管厚度28mm;最大纸管长度1220mm;原纸厚度/最大直径为23000g/1100mm;泵胶电机功率0.75kw;卷管电机功率0.75kw;只需要一人操作;卷管速度可达10次/分钟。

2 新式高效烟花自动卷筒机的电气设计

2.1 新式高效烟花自动卷筒机的上纸电路设计

新式高效烟花自动卷筒机采用用西门子S7-200 PLC可编程序控制器实现自动控制,自动完成送纸、上胶、卷筒、切纸、切筒、下筒一系列工序。图2为上纸部分主电路与控制电路图。

2.2 新式高效烟花自动卷筒机的主电路设计

图3为上胶、卷筒、切纸、切筒、下筒工序的控制电路图。表1为PLC I/O分配表。

图3的工作原理为:程序下载到S7-200系列CPU224型PLC可编程序控制器后,接通卷筒机电源瞬间,控制器各控制环节置位初始状态,在手动(即点动)过程中,在软件控制作用下实现各运动环节的单独动作,即:按下I1.4手送纸按钮,控制器Q0.1,Q1.1熄灭,纸电机(三相混合式步进电机)送开始转动;旋转I1.5旋转I1.5手联动(卷筒)旋钮,控制器Q0.3,Q0.5亮,联动气缸在五位二通先导型电磁阀控制作用下气源导通,快速联动推筒(向上推动:夹紧卷筒杆磁性与非磁性,向上抬固定卷筒杆气缸,升筒气缸4个;向下推动:向下压固定卷筒杆气缸,切筒气缸2个),卷筒电机(直流电机)开始转动,由调速旋钮控制其速度;按下I1.3手切纸按钮,控制器Q0.4亮,切纸气缸在五位二通先导型电磁阀控制作用下气源导通,快速切纸;旋转I1.2手推筒旋钮,控制器Q0.2亮,推筒气缸在五位二通先导型电磁阀控制作用下气源导通,快速推筒(旋钮转动推杆伸出,旋钮复位推杆复位);旋转I0.0为急停旋钮并能使系统初始化。

在自动(即连动)过程中,各环节在软件控制作用下实现其全部功能,自动过程如表2所示。按下自动按钮I0.1,程序进入自动运行状态,首先送纸电机(三相混合式步进电机)开始转动,开始送纸;卷筒纸经过切纸气缸下方,当光电传感器I1.0检测到信号,指示灯变红;同时送纸电机停止送纸,联动气缸开始工作,带磁性的夹紧卷筒杆气缸上升到位后,联动上置位磁性开关I0.4变红;然后送纸电机又开始送纸,卷筒电机(直流电机)开始转动卷筒;经过延时T38后,送纸停止,在延时T38的同时延时T42后,卷筒停止;延时T38时间到时,马上切纸,切纸时间为:T39,同时卷筒;切后复卷延时T40,T40时间到后,联动气缸下降,停止卷筒,到位后,联动上置位磁性开关I0.5变红;同时开始推筒Q0.2亮,快速推筒推杆伸出,到位后I0.2亮,迅速推杆复位I0.3亮;如果旋转I0.0急停旋钮,则运动结束,如不旋转则继续循环工作。限于篇幅,其梯形图就不在文章叙述。

2.3 新式高效烟花自动卷筒机的气动系统设计

新式高效烟花自动卷筒机的气动原理图如图4所示。

控制过程为:旋转I1.5手联动旋钮,控制器Q0.3,Q0.5亮,联动气缸在五位二通先导型电磁阀控制作用下气源导通,快速联动推筒(向上推动:夹紧卷筒杆磁性与非磁性,向上抬固定卷筒杆气缸,升筒气缸4个;向下推动:向下压固定卷筒杆气缸,切筒气缸2个);按下I1.3手切纸按钮,控制器Q0.4亮,切纸气缸在五位二通先导型电磁阀控制作用下气源导通,快速切纸;旋转I1.2手推筒旋钮,控制器Q0.2亮,推筒气缸在五位二通先导型电磁阀控制作用下气源导通,快速推筒(旋钮转动推杆伸出,旋钮复位推杆复位);旋转I0.0急停旋钮,可控制整个动作使其初始化。

3 结论

该设备经硬件机械、软件、硬件联合调试合格后用于生产实践,能够可靠完成卷筒的上纸、送纸、卷筒、切纸、切筒、下筒等一系列动作。可广泛用于礼花弹、组合盆花、喷花、冷光烟花等多种花炮产品的纸管卷筒。该机生产纸管的最大长度可调,生产纸管的厚薄、内径和切筒长度可自由调节,操作程序简单方便,无须专业人员即可熟练操作,非常符合花炮行业从业人员的要求。具有极大的推广使用价值。

参考文献

[1]朱成华,许先果,刘拥军,等.基于PLC的汽车曲轴支承座砂带研磨机的研制[J].制造业自动化,2004(12):31-34.

[2]朱成华.三座标测量机动态误差与测球半径补偿误差的研究[J].机床与液压,2009(4):120-121.

[3]朱成华,王付军,王飞,等.颅骨快速成型系统的研究[J].机床与液压,2009(4):120-121.

[4]邹寒松.叶片砂带磨削数控机床结构设计与研究[D].四川大学,2004.

[5]孙桓,陈作模.机械原理(第6版)[M].北京:高等教育出版社,2001.

冷光喷泉烟花对典型材料的引燃特性 第5篇

冷光烟花产品种类繁多,其中冷光喷泉因具有燃放时间较长、覆盖范围较大、燃放效果佳等特点,是目前使用最多的产品之一,被广泛用于各种大型活动、电视节目、聚会以及节日庆典等。参照GB 10631-2004《烟花爆竹 安全与质量》的分类,冷光喷泉属于喷花类烟花。但我国至今仍未制定出冷光喷泉产品及其燃放的具体标准,目前关于冷光喷泉产品对典型材料引燃特性研究的文献报道极少。因此,导致人们对冷光喷泉燃放过程中存在的消防安全隐患认识和准备不足,容易引发重特大火灾事故。如2009年1月31日,福建省长乐市一家酒吧因客人在桌上燃放“冷光喷泉”引发火灾,造成15人死亡、24人受伤。笔者基于红外热像及热电偶测温技术,搭建模拟引燃试验平台,测试了典型冷光喷泉喷射区以及火花的温度及分布,研究了冷光喷泉燃放时的喷射区及溅落火花对典型材料的引燃特性。

1 试 验

1.1 试验材料及装置

试验选用舞台、电视节目及各种庆典活动经常燃放的典型“冷光喷泉”产品,其基本燃放特性如表1所示。

通过调研分析大量烟花火灾案例,确定选用公共娱乐场所常用的顶棚吸音材料聚氨酯软泡沫(PU)作为模拟引燃材料,如图1所示,其最大厚度30 mm,最小厚度8 mm,氧指数17,自燃温度为285 ℃(按照GB/T 9343-2008《塑料燃烧性能试验方法 闪燃温度和自燃温度的测定》的要求进行测试)。

为研究冷光喷泉样品对典型PU的引燃特性,搭建如图2所示模拟引燃试验平台。采用热电偶测温系统、红外热像仪、摄像机和标尺等记录冷光喷泉样品对PU

引燃试验过程中的温度变化及引燃情况。

1.2 试验方法及步骤

(1)典型冷光喷泉样品喷射区温度分布测试。

首先,采用热电偶温度采集系统测试冷光喷泉样品燃放时喷射方向火焰中心线上的温度分布,即温度-到喷口距离曲线(T-S曲线),测试及数据处理方法见文献[3];然后,采用红外热像仪测试冷光烟花喷泉燃放时的火花温度及温度场分布。

(2)冷光喷泉喷射区对PU引燃性能测试。

将PU剪成200 mm200 mm的方块,在其中心位置及偏离中心约50 mm的位置各布置一支K型热电偶,用来测试PU表面的温度变化;将PU方块放置在距样品喷口一定高度的位置,并且保持PU方块水平,开启摄像机、红外热像仪及热电偶树温度采集系统等设备,点燃冷光喷泉样品,测试样品引燃PU的情况及PU表面温度变化情况。

(3)冷光喷泉溅落火花对PU引燃性能测试。

考察冷光喷泉燃放时产生的火花溅落到地面时的危险性,首先以冷光喷泉为中心,将PU直接铺设在冷光喷泉周围的地面上,铺设半径约为500 mm;然后垂直燃放冷光喷泉,记录溅落到PU表面的火花对PU的引燃情况。

2 试验结果与分析

2.1 典型冷光喷泉喷射区温度分布特征

热电偶温度采集系统的测试结果,如图3所示。喷泉样品燃放时,样品喷口附近的温度很高,如在样品喷射方向中心线上距其喷口0.065 m处的温度接近1 500 ℃,距其喷口1.2 m以内的各测试点温度都在100 ℃以上。对试验测试数据进行回归分析得式(1),由图3和式(1)可知,在样品喷射方向中心线上,各点的温度T随其到喷口距离S的增加呈指数衰减。

T=A1e(-S/B1)+A2e(-S/B2)+A3e(-S/B3) (1)

式中:Ai、Bi(i=1、2、3)为冷光喷泉类烟花样品的温度分布特征值,该特征值由样品自身性能决定,与其药剂组分、装药量多少以及物理结构等密切相关。试验中的喷泉样品所对应的温度分布特征值(Ai、Bi)(i=1、2、3)分别为(1 594,114)、(598,19)和(43,-4)。

试验采用红外热像仪测试典型冷光喷泉样品燃放时的喷射区温度场分布特征,红外热像仪选用火焰滤片,热像仪到样品的距离为1.5～2 m,结果如图4、图5所示。由试验结果可知,红外热图更直观、系统地反映出了冷光喷泉燃放时喷射区温度场分布情况,同时结合热电偶测试结果,可得到喷射区温度场分布特征:

(1)冷光喷泉样品燃放时在喷射方向存在不同的温度分布区,其中高温区主要集中在喷射方向上的一个狭长区域,喷射区最高温度达1 380 ℃;

(2)在冷光喷泉样品喷射方向,随着到喷口距离的增加,喷射区各点的温度逐渐下降。在火焰中心线上,随着到喷口距离的增加,温度呈指数衰减,每种喷泉样品拥有一组温度分布特征值,该特征值与样品的药剂组分、装药量和物理结构密切相关。

2.2 喷射区对PU的引燃试验结果与分析

为考察冷光喷泉喷射区对典型易燃可燃材料的实际引燃性能,选择PU作为引燃材料(自燃温度为285 ℃)进行了系列引燃试验,结果如表2所示。

由表2可知,PU在距离喷泉样品喷口715 mm的位置处,三次试验(试验1、2、3)样品均被引燃,并且火势迅速蔓延,将试验中的PU烧尽,同时产生大量黑烟。试验采用摄像机和红外热像仪记录了冷光烟花样品引燃PU过程,如图6、图7所示。在图6中:(1)为冷光喷泉样品被点燃,火花开始打到PU上;(2)为大量火花打到PU上;(3)为在PU上产生小火苗;(4)为小火苗开始扩大、蔓延;(5)为火蔓延,火势逐渐变大;(6)为PU剧烈燃烧,火灾迅速蔓延。在图7中:(1)为火花开始打到PU上;(2)为大量火花打到PU上,PU表面大颗粒火花最高温度达345 ℃;(3)为在PU上产生小火苗,火苗温度达433 ℃;(4)为小火苗开始扩大、蔓延,火苗温度达到515 ℃;(5)为火蔓延,火势逐渐变大;(6)为PU剧烈燃烧,火灾迅速蔓延,燃烧过程中温度高达700 ℃左右。

采用热电偶测温系统记录了PU被引燃过程中其表面温度的变化情况,如图8(试验3)所示。由试验结果可知,在8 s时点燃喷泉样品,大量火花开始打到PU表面,在热辐射、热对流以及直接热传导的作用下,使PU表面温度逐渐升高;当温度升到约200 ℃时(28 s),升温速率突然增大,说明PU在此刻被引燃。从点燃喷泉样品到PU被引燃的时间约为20 s。试验过程中,因PU的剧烈燃烧,使其表面最高温度达到713 ℃左右。

PU在距离喷泉样品喷口715 mm的位置处三次引燃试验的引燃温度分别为198、201、200 ℃。由图3可知,喷泉样品燃放时,在距离其喷口715 mm位置处的最高温度约为195 ℃,这比引燃试验测试的结果略低。这可能是由于PU为蓄热材料,喷泉燃放时喷射的火花或火星不断聚集到其表面,而直接进行热传导。因此,引燃试验导致PU表面温度升高的原因既有热辐射和热对流,又有大量聚集的火花直接与材料表面的热传导。而在没有PU存在的情况下,此处的温度主要是由于火焰或火花的热辐射和热对流造成。

试验中,将PU放置在距离喷泉样品喷口845 mm的位置时(此处在图3中对应的温度约160 ℃),两次试验均未被引燃。图9为试验5的温度变化,试验过程中PU表面最高温度约174 ℃,这说明PU在温度低于174 ℃时不会被喷泉样品引燃。即PU距样品喷口大于845 mm时不会被引燃。但是,当同时燃放两支样品时(试验6),PU在距离样品喷口845 mm位置处被引燃,引燃时材料表面最高温度为190 ℃。由试验4、5、6可知,尽管在距样品喷口845 mm处燃放单支样品不能引燃PU,但当增加燃放数量时,同样会引燃泡沫。这说明随着烟花燃放数量的增大,引发火灾的危险性也会迅速增大。

根据引燃试验结果可知,喷泉样品进行单支燃放时,能将距喷口715 mm以内的PU引燃,而不能将距喷口845 mm以上的PU引燃,即样品的最大引燃距离为715～845 mm(在缺乏更详细数据的情况下,将715 mm作为最大引燃距离),该引燃距离接近喷泉总燃放高度的30%。冷光喷泉样品对PU的引燃温度为198～201 ℃。随着冷光喷泉样品燃放数量的增多,其引燃距离会逐渐变大,从而导致引发火灾的危险性也迅速增大。

2.3 溅落火花对PU的引燃试验结果与分析

试验研究了冷光喷泉产生的大颗粒火花溅落到铺设在地面上的PU表面时对聚氨酯泡沫的引燃性能,结果如图10所示,其中:(1)为冷光喷泉燃放过程中产生大颗粒火花;(2)为火花溅落到PU上;(3)为火花开始引燃PU;(4)为火花将PU引燃,PU燃烧,另一大颗粒火花溅落到PU上;(5)为两个大颗粒火花均成功引燃PU,火势逐渐变大;(6)为PU剧烈燃烧,火灾迅速蔓延。

根据试验测试可知,PU的自燃温度为285 ℃,这说明试验中火花具备较高的温度和能量,足以将PU引燃。试验采用红外热像仪测试了冷光喷泉燃放过程中的火花温度,结果如图11所示。由试验结果可知,冷光喷泉火花温度一般可达100～200 ℃,个别火花温度最高可达250～530 ℃,超过了PU的自燃温度285 ℃,具有引燃PU的条件。

由上述引燃试验可知,冷光烟花燃放时的喷射区以及大量较大颗粒火花非常危险,容易引发周围易燃物或可燃物,应做好消防安全防范措施。当喷泉的燃放数量增加时,产生的火花会增多,其对PU的引燃区域范围也会变大,引发火灾危险性会变大。

3 结论及建议

(1)基于红外热像和热电偶测温技术,获取了冷光喷泉样品喷射区的温度分布特征:冷光喷泉样品燃放时在喷射方向存在不同的温度分布区,其中高温区主要集中在喷射方向上的一个狭长区域,喷射区最高温度达1 380 ℃;在冷光喷泉样品喷射方向,随着到喷口距离的增加,喷射区各点的温度逐渐下降。在火焰中心线上,随着到喷口距离的增加,温度呈指数衰减。

(2)冷光喷泉样品喷射区能将PU引燃,引燃距离为715 mm,接近其总喷射距离的30%,引燃温度为198～201 ℃。随着冷光喷泉样品燃放数量增多,引燃距离会逐渐变大,从而导致引发火灾的危险性也迅速增大。

(3)冷光喷泉火花温度一般可达100～200 ℃,个别大颗粒火花温度可达250～530℃,超过了PU的自燃温度285℃,并且具有较高的能量,当溅落到PU表面时能将聚氨酯泡沫引燃。

摘要：基于红外热像和热电偶测温技术,建立模拟引燃试验平台,试验研究冷光喷泉烟花燃放时喷射区和火花的温度分布特征以及对聚氨酯泡沫的引燃特性。结果表明,冷光喷泉喷射区为一个狭长的高温区,最高温度达1 380℃,能将聚氨酯泡沫引燃;冷光喷泉火花温度一般可达100～200℃,大颗粒火花温度可达250～530℃,超过了聚氨酯泡沫的自燃温度,这些火花溅落到聚氨酯泡沫表面能将其引燃。研究结果可为开展烟花燃放过程中的火灾风险评估提供依据。

关键词：冷光喷泉烟花,引燃特性,红外热像仪,热电偶

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