试样宽度对EPDM卷材竖直火蔓延的影响

以2.0 mm厚三元乙丙橡胶(EPDM)防水卷材为研究对象,在ISO 9705全尺寸热释放速率试验台上进行竖直壁面火蔓延试验,研究了不同试样宽度条件下热释放速率、热通量及其与火焰高度的关系.结果表明,热释放速率峰值随着宽度的增加呈非线性变化.当试样宽度小于25 cm时,试样火焰高度和竖直火蔓延平均速度随宽度的增加而增大; 宽度大于25 cm时,横向火蔓延明显,火焰高度和竖直火蔓延平均速度随其增加而减小.25 cm可以看作该厚度下的试样临界宽度.由热释放速率与火焰高度关系式Xf/W=α(Q)'n得到的7种工况的n值近似为1.08,得出热通量(Q)与X/Xf的关系曲线.     

泡沫材料在狭缝空间垂直火蔓延的数值模拟

保温材料的火蔓延特性对建筑防火有重要意义,而其在狭缝等特殊空间结构中的燃烧特性还缺乏深入研究.本文采用CFD模拟技术和并行计算手段对狭缝空间中泡沫材料的竖直火蔓延特性进行了分析研究.计算发现在狭缝宽度为5 -6 cm时,由于侧向补风增强,导致狭缝内存在规则的大尺度涡旋结构.涡旋将火焰向两侧拉扯,而且涡旋强度可以增强狭缝内火蔓延速度.相对开放空间的情况,在狭缝空间中泡沫材料的火焰高度随线热释放速率强度的增加较慢,并且存在最小热释放速率强度.当热释放速率强度小于一定值时,火焰将会熄灭.     

通风对综合管廊内电缆燃烧及火蔓延过程影响的数值模拟研究

综合管廊内电缆的火灾燃烧特性一直被国内外学者所关注,然而目前关于通风对电缆燃烧及火蔓延过程影响的研究相对较少。在通风系统的作用下,电缆内部及外部温度分布、热解气体浓度与无通风情况相比有很大的差异,电缆的燃烧及火蔓延过程将会更为复杂。为了研究通风作用下综合管廊内单根电缆的燃烧过程,采用FDS对15 kV交联聚乙烯绝缘铜芯电缆的火蔓延过程开展了数值模拟。通过分析不同风速条件下的电缆火焰形态、各层材料温度、火蔓延长度和热释放速率(HRR)曲线,详细研究了通风速度对综合管廊内单根电缆燃烧及火蔓延过程的影响。结果表明当通风速度不超过2 m/s时,通风能够促进电缆燃烧,电缆表面存在气相火焰,其火蔓延长度、热释放速率峰值等不断增加,此时综合管廊内火灾危险性不断增大;当风速大于等于3 m/s时,通风抑制了电缆燃烧,电缆的火蔓延长度、热释放速率峰值随之迅速降低,电缆PVC层、XLPE层温升的原因是线芯对绝缘材料的热传导,电缆的火灾危险性也随之减小。     

基于实验和数值模拟的画布类材料竖向火焰蔓延研究

为了更准确的预测和判断画布类材料的竖向着火过程,减少此类事故的发生,保障劳动者生命财产安全,根据Quintiere等人提出的热物理模型,推导出火焰沿竖向蔓延的数学规律。通过对画布材料的实验研究并与火灾动力学软件FDS数值模拟得出的结果进行比较,得出其在竖向燃烧的相关参数。重点研究了火焰形态、火焰高度、火蔓延速度、油画布表面温度、质量损失速率和热释放速率,得到了油画布的火灾增长系数为0.1228。实验表明,画布的竖向燃烧速度远远大于其在水平方向的速度,因此在全景画馆中的火灾危险性是非常突出的。     

窗口溢流火燃烧试验与数值模拟研究

选取20 cm × 40 cm和60cm×30c m两个开口工况对窗口溢流火燃烧现象进行试验和模拟研究.试验台基于ISO 9705全尺寸热释放速率试验台搭建,包括燃烧小室、模拟外壁面、温度测量系统和气体分析系统.结果表明,燃烧状态受通风因子影响较大.蜂值热释放速率随通风因子的增大而增大,而达到峰值热释放速率的时间和燃烧持续时间呈相反的变化趋势.溢流火焰的壁而贴附效应与小室开口比率(宽高比)有关,宽开口火焰壁面结附效应比带开口明显.采用火灾动力模拟软件FDS(Fire Dynamics Simolator)对试验结果进 行数值模拟.模拟得到的热释放速率、溢流火焰温度分布、小室温度以及溢流火焰的壁面贴附效应与试验结果吻合较好.     

高层建筑外立面U型结构火蔓延特性数值模拟研究

对高层建筑外立面U型结构竖直火蔓延特性影响进行了数值模拟研究,给出了火蔓延速度、热释放速率、火蔓延温度特性等参数.研究发现U型结构竖直火蔓延是一个加速燃烧的过程,当U型结构的结构因子α在0.4和1.6之间时,其火蔓延速度随着α的增加而增加,这是由于在燃烧过程中U型结构会产生烟囱效应,其强度随着U型结构结构因子的增大而增大,烟囱效应的增强加速了火蔓延过程.     

中空结构可燃物竖直向上火蔓延特性实验研究*

为探究中空结构固体可燃物竖直向上火蔓延的特征规律,针对不同试样内径(d)的瓦楞纸圆管进行竖直向上的火蔓延实验研究,探讨试样内径对其竖直向上火蔓延特性的影响。结果表明:其火蔓延过程可以分为火焰发展、稳定蔓延和火焰衰弱3个阶段,蔓延过程中对流换热占据主导地位;平均火焰高度随d的增大先增大后略微减小,在d=70 mm时达到最大;火蔓延速率和质量损失速率均随d的增大而增大,并且质量损失速率与d存在较好的线性关系;火蔓延速率与热释放速率呈现出较好的幂次关系。可以发现在一定范围内,中空结构可燃物的内径越大其火灾危险性越高。     

呼吸式幕墙火灾特性的数值模拟研究

针对呼吸式幕墙存在的消防问题,利用计算流体力学方法对其火灾特性进行了数值模拟,研究了窗槛墙高度、防火挑檐宽度、热通道宽度、外幕墙破碎和室外风速等因素对幕墙通道内烟气流动特性的影响,得出了各因素对烟气蔓延速度、烟羽流温度、幕墙附近温度的影响规律.分析发现,增设防火挑檐、加宽幕墙热通道可降低烟气对上层幕墙的影响,而在0.8 m高的基础上再增加窗槛墙高度并不能起到更好的防火效果;外幕墙破碎后,可将大部分烟气排出到外界空间,对上层幕墙的影响会减弱;室外风速会加速烟气的蔓延,但可降低烟气温度.最后对幕墙的防火对策提出了建议.     

热诱导浮力羽流涡旋结构直接数值模拟

涡旋结构是湍流流场重要的研究内容之一,也是影响特殊火行为的重要因素之一,如涡旋在飞火传播中起着非常重要的作用。火羽流涡旋结构的详细分析对火灾蔓延特性的研究有重要指导意义。该文对轴对称热羽流和平面热羽流进行了直接数值模拟,分别基于涡旋动力学及涡旋稳定性角度对计算结果进行详细分析。研究表明平面热羽流的涡量值明显高于轴对称热羽流,平面热羽流具有较低的脉动频率。从涡量输运方程出发,分析得出拉伸项的存在降低了轴对称热羽流的混合强度。     

乙醇添加比例对乙醇-柴油混合物表面火蔓延的影响研究

实时记录了不同比例乙醇柴油混合燃料的火蔓延过程,对蔓延火焰的外貌结构、火蔓延模式、火蔓延速度以及油面温升规律等进行了探讨。研究发现,当乙醇添加比例10%时,混合燃料火焰低速脉动蔓延,火焰前锋油面下方存在表面流,火蔓延速度变化幅度比较小,燃料表面的升温速率随初温的升高而升高;当乙醇添加比例≥10%时,火焰稳定蔓延,表面流消失,火蔓延速度会随着燃料初温的升高而降低,燃料表面的升温速率随初温的升高而降低。     

狭长空间建筑内细水雾幕对顶棚射流火焰抑制效果试验研究*

为研究狭长空间内细水雾幕对顶棚射流火焰的抑制效果,通过全尺寸试验研究不同工作压力对射流火焰蔓延形态、雾幕隔热效果及烟气沉降的影响。研究结果表明:随着工作压力的增加,雾滴的动量随之增大,雾幕对射流火焰的扰动作用增强,强化雾幕对射流火焰的阻挡效果;同时,雾幕的隔热效率有明显改善,2.5 MPa时的细水雾幕的隔热效率可达0.75。然而,过大的工作压力会造成烟气层的沉降,工作压力大于2.0 MPa时保护区内烟气层高度低于1.8 m。因此,应综合考虑细水雾幕对射流火焰和烟气的作用,选择适当的工作压力。     

窗口火作用下建筑幕墙外保温系统防火性能的试验

建筑幕墙外保温系统火灾事故发生频率高,火灾危险性大,其防火安全性能已成为社会关注的焦点。采用大尺度实体火试验方法,选取具有代表性的金属幕墙保温系统和保温装饰板外保温系统作为试验对象,对防火隔离带和防火封堵位于墙体不同位置的4种工况,开展了一系列窗口火试验。通过采集试验表观现象、火焰蔓延特性、温度分布特性、系统损坏特征等耐火性能试验数据,综合比较分析了不同工况下不同燃烧性能等级的建筑幕墙外保温系统的耐火性能。结果表明,建筑幕墙上下贯通的空腔结构加剧了火蔓延的烟囱效应,存在较大的安全隐患。防火封堵可以阻断空腔中的热对流,防火隔离带可以阻隔材料之间的热传导,二者均可以有效抑制火焰在垂直和水平方向上的蔓延,大幅提高建筑幕墙外保温系统的防火性能。在建筑外墙窗口上方、水平线1及水平线2下方20 mm处分别设置宽度为100 mm的防火封堵和宽度为300 mm的防火隔离带时,系统具有较好的防火性能,综合考虑实际工程的应用性和经济性,可将其设为防火构造设计的基准参数。     

多层螺旋雾幕技术的喷雾模拟及降尘试验研究

为了解决掘进工作面传统喷雾除尘无法有效抑制粉尘扩散的问题,提出了一种将气动喷嘴呈螺旋状布置的多层螺旋雾幕除尘方法。采用k-ω湍流模型与K-H液滴破碎模型,通过Comsol多物理场耦合数值模拟,得出了多层螺旋雾幕速度场分布和粒子轨迹的变化规律,结合模拟结果搭建试验平台,并将多层螺旋雾幕与传统喷雾的除尘效果进行对比分析。以2层雾幕为例的模拟结果显示,喷雾2 s时就会形成明显的2层螺旋状雾幕,10 s后旋转水雾充满整个模拟区域,并且雾滴粒径较传统喷雾更小。试验表明多层螺旋雾幕的除尘效果明显强于自然降尘与传统喷雾,3 min后可将浓度470 mg/m3左右的粉尘降到4 mg/m3以下。     

细水雾幕衰减热辐射的数值模拟研究

针对现有防火分隔技术的不足,以细水雾幕作为新的防火分隔技术,开展了不同细水雾幕雾特性对衰减热辐射影响的数值模拟研究。通过建立长通道模型,在火源和被保护物体中间设置细水雾幕系统,测量有无细水雾幕及不同细水雾特性条件下被保护侧温度及热辐射强度值,来定性定量研究细水雾幕衰减热辐射的效率。模拟结果表明:细水雾幕可以很好的降低被保护侧空间的温度和热辐射强度;衰减热辐射效率随雾滴粒径的减小,喷雾流量的增大,喷头排数增加而增大;另外,其衰减热辐射效率与喷头布置方式有关,上喷方式明显优于下喷方式。研究结果将对现有防火分隔技术的改善提供帮助和技术支持。     

三种常用外墙可燃保温材料竖向燃烧特性数值模拟研究

运用FDS软件对外墙保温材料竖向燃烧的发展规律进行了研究.根据具体的工程参数,对挤塑聚苯板、模塑聚苯板和聚氨酯三种常用外墙可燃保温材料的燃烧参数进行设定,分别选取窗口火、墙角火两种情况进行数值模拟与分析.模拟结果显示:火焰的蔓延高度随时间按照y=at2+bt+c的关系变化,而火焰前锋则以vp=1/(α+βt)的速度竖向蔓延.     

隧道混合燃料火灾燃烧蔓延特性实验研究

隧道火灾一直是火灾科学研究领域的重要问题之一。近年来,隧道火灾中由于燃油泄漏而引起的火蔓延现象是一个新兴的研究热点。利用小尺寸(1:10)的隧道火灾模拟实验平台,开展了薄油、窄油池机制下不同混合比例下正丁醇-柴油燃烧特性实验研究。结果表明,根据正丁醇比例,可将正丁醇-柴油混合燃料分为两类。当正丁醇比例不大于20%时,主火焰蔓延速度线性增大,闪燃火焰则由间断变为持续存在且波长由14.17 cm减小到8.42 cm;油面温升速率逐渐增大;当正丁醇比例大于20%时,主火焰蔓延速度接近正丁醇蔓延速度(3.33 cm/s),闪燃火焰持续存在且波长在8.3 cm左右;油面温升速率基本相同。研究结果为认识隧道混合燃料火灾燃烧特性提供了参考。     

地铁站细水雾幕挡烟效果的数值模拟研究

地铁站台层发生火灾时,烟气会从站台层经过楼扶梯开口蔓延至站厅层,因此, 楼扶梯开口处的挡烟效果对人员安全疏散影响重大。通过搭建全尺寸地铁站数值模拟模 型,对细水雾幕和排烟系统作用下楼扶梯开口处的挡烟效果进行了模拟研究,结果表明 :当仅设置挡烟垂壁时,挡烟垂壁有一定的蓄烟作用,但仍有大量烟气通过楼扶梯开口 从站台层蔓延至站厅层;设置细水雾幕可在一定程度上阻止烟气通过楼扶梯开口从站台 层蔓延至站厅层,有效降低烟气温度,但由于细水雾向下的冲量破坏烟气层的稳定性, 使得细水雾幕附近的烟气层高度降低;同时设置细水雾幕和排烟系统可实现良好的挡烟 效果,在楼扶梯的中段附近已基本不受火灾烟气的影响。     

垂直壁面火蔓延速率的实验测量

垂直壁面火蔓延过程受材料本身的热物理性质以及外加辐射等复杂因素条件的影响很大,论文研究建立了可测量不同材料存在外加辐射条件下的垂直方向火蔓延实验台,来研究典型可燃物的垂直方向火蔓延特性,观察不同材料之间火蔓延行为的不同,同时测定可燃物的火焰到达高度随时间的变化情况,得到相应的火焰蔓延速率。同时考虑外辐射情况下对不同材料垂直方向火蔓延过程的影响,实验数据可为进一步的模拟研究工作提供很好的参考。     

Flame extension length of inclined hydrogen jet fire impinging on a water curtain

The use of a water curtain system to prevent fire spread has been extensively investigated, but the case of an inclined jet fire inhibited with a water curtain is not involved. A series of experiments were conducted on inclined hydrogen jet fires with various fuel flow rates, nozzle diameters and inclination angles under the influence of a vertical water curtain. This study aims to explore the burning behaviors of inclined jet flames at the impingement area, specifically the flame extension lengths. The experimental results show that an increase in fuel flow rates or nozzle diameter leads to a larger flame extension length. With the increase of flame inclination angle, the flame extension length decreases and the influence of nozzle diameter on the flame extension length is attenuated. A new dimensionless heat release rate is proposed to correlate with the dimensionless flame extension length by incorporating an air entrainment coefficient. The model built in this study can be used to predict the flame extension length of jet flames with different diameters, fuel flows and inclinations under the influence of a water curtain, and is validated by data in the previous study.