基于数值模拟的外墙保温体系防火问题研究

针对国内现有的外墙外保温系统的防火性较差的现状,通过分析上海公寓楼外墙保温层的火灾,得到外墙外保温防火的三种重要因素（粘结或固定方式、防火隔离带的构造、防火保护面层）。鉴于现在流行的保温材料为膨胀聚苯板（EPS）,因而选用EPS作为模拟材料,利用数值模拟计算得出以下结论：认为火灾时有空腔的保温层比无空腔的保温层更危险;设置防火隔离带能有效得阻隔火灾的蔓延,较宽的隔离带效果更好。除此之外,外保温层防火设计中还应考虑以下三方面的问题,即遴选适当的保温材料、建议保温层也使用类似于防火分区的防火措施和保证保温效果的同时增加防火隔离带的宽度。研究结论和建议对于解决外墙保温体系防火问题具有重要的参考价值和现实意义。     

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.     

聚苯乙烯外墙保温系统火灾风险影响因素分析

为了研究聚苯乙烯外墙保温系统火灾风险的问题,对比了3种火灾测试方法,分别是基于ISO 5660的小尺寸锥形量热计实验方法、基于ISO 9705的大尺寸实验方法和基于BS 8414的全尺寸实验方法。讨论了3种方法评测外墙保温系统火灾风险的适用性,进一步在比较分析热释放速率、临界热流强度、火蔓延情况、火灾行为以及实验后样品完整性等参数的基础上,得到了影响聚苯乙烯外墙保温系统火灾风险的关键因素。结果表明:虽然空腔的形成在此类系统火灾中不可避免,但系统保护层的严密性和完整性决定了空腔火蔓延的危险性以及聚苯乙烯在系统内的融化流动及燃烧特性。针对聚苯乙烯外墙保温系统火灾风险影响因素,进一步给出了此类系统的防火措施。     

凹型结构建筑外立面火灾蔓延特性模拟研究

为探究凹型结构建筑外立面挤塑聚苯乙烯(XPS)外墙保温材料的火灾蔓延特性,运用FDS火灾动态仿真模拟软件,采用大涡模拟(LES)方法建立凹型结构外立面火灾蔓延模型,总结不同防火隔离带高度和不同方向外界风情况下火焰前锋和温度变化特征,并与无风和无防火隔离带情况进行对比分析。结果表明:火焰前锋高度随时间变化呈指数关系;防火隔离带、正面风和45°向下方向的外界风均可对火灾蔓延初期起到一定的阻隔和抑制效果;为保证隔火效果,防火隔离带之间的距离不应大于3 m;而45°向上方向的风对火灾蔓延起到助推作用。     

聚苯乙烯外墙保温系统火灾风险影响因素分析北大核心CSCD

为了研究聚苯乙烯外墙保温系统火灾风险的问题,对比了3种火灾测试方法,分别是基于ISO 5660的小尺寸锥形量热计实验方法、基于ISO 9705的大尺寸实验方法和基于BS 8414的全尺寸实验方法。讨论了3种方法评测外墙保温系统火灾风险的适用性,进一步在比较分析热释放速率、临界热流强度、火蔓延情况、火灾行为以及实验后样品完整性等参数的基础上,得到了影响聚苯乙烯外墙保温系统火灾风险的关键因素。结果表明:虽然空腔的形成在此类系统火灾中不可避免,但系统保护层的严密性和完整性决定了空腔火蔓延的危险性以及聚苯乙烯在系统内的融化流动及燃烧特性。针对聚苯乙烯外墙保温系统火灾风险影响因素,进一步给出了此类系统的防火措施。     

外立面阻隔结构限制下建筑开口外部火溢流温度分布特性的研究

为阻止建筑外立面开口火溢流的纵向蔓延，本文基于高斯分布等有关知识，理论分析阳台、窗口和窗槛墙3个外立面阻隔结构限制下的建筑开口外部火溢流的温度分布规律，并运用数值模拟的方法，数值拟合找出建筑外立面开口火溢流的纵向温度分布与窗口宽度、窗槛墙高度及阳台伸长之间的相关性。结果表明：阳台、窗槛墙和窗口阻隔结构共同影响着建筑外立面开口火溢流的外部温度分布，在对建筑外立面阻隔结构的设计中，必须考虑多阻隔结构对火溢流的阻隔作用，靠单一因素的参数设计，无法保证建筑外立面的防火安全。     

非承重草砖墙体的耐火性能试验分析

为研究草砖房的耐火性能,根据目前使用最多的砖混框架结构草砖房的结构特点,采用尺寸为1 000 mm×480 mm×360 mm草砖砌成宽3 000 mm,高3 000 mm,厚400 mm的非承重的草砖墙体作为试验用构件,利用大型垂直构件耐火试验炉,采用标准火灾升温曲线进行升温,对实体构件进行耐火性能试验。采用K型热电偶记录背火面的温升情况,研究其火灾试验过程中的耐火完整性和耐火隔热性,判断其耐火极限。试验结果表明,非承重草砖墙体具有良好的耐火性能,其耐火极限不低于3.0 h。同时,在这种结构的草砖墙体中,草砖外侧的抹灰层有效地阻挡火灾初期火的侵蚀;钢丝网片有效地起到固定草砖的作用;紧密压实的草砖其内部没有足够的可助燃的氧,且草砖表层暴露于火焰中形成炭化层阻止了火焰进一步向其内部蔓延。     

防火树种阻火特性的实验研究

以木荷作为防火树种 ,首先利用热重装置分别研究了其树干和枝叶的热解失重过程 ,从得到的热重曲线TG、DTG中发现 ,伴随着温度的升高 ,试样发生了三次失重高峰 ,并且 5 0 0℃时的残留物不及其初始重量的 10 %。然后在燃料床上以松针为燃料 ,分别模拟了 2 0°和 30°等小坡度情况下地表火的蔓延过程 ,通过分析热电偶记录下来的温度场分布 ,研究了火蔓延过程中防火树种在火焰和坡度作用下的阻火特性和阻火机理 ,结合其热解特性的研究 ,论证了水分析出是防火树种发挥阻火性能的关键因素 ,得到一些对生物防火技术研究有用的结论 ,为更好的利用和发展生物防火技术来预防和控制大规模森林火灾提供了理论基础。     

挑檐抑制PMMA竖直火蔓延数值模拟研究

应用FDS数值模拟软件,建立PMMA竖直火蔓延模型,通过改变防火挑檐长度和宽度,设计一系列工况,对比分析挑檐长度、宽度以及宽长比对竖直火蔓延的影响。结果表明当挑檐长度为临界值时,随宽度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率均逐渐降低;挑檐宽度为临界值时,随长度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率逐渐降低;挑檐长度较长时,有效阻火的挑檐宽度随长度的增加而逐渐减小,最后固定不变,最终建立了防火挑檐的临界点与热释放速率的无量纲模型。     

树冠火对输油站热辐射影响的数值模拟研究

树冠火是森林火灾的一种,在森林的树冠层燃烧和蔓延,主要由地表火在强风作用下引起.树冠火很少发生,约占森林火灾的5％,但其燃烧温度高、热释放速率大、蔓延速度快,对周围物体的破坏性极大.处在森林地区的输油站面临着树冠火带来的潜在风险.火灾产生的热辐射极有可能导致输油站内人员伤亡,设备遭到破坏.通过确定树冠火热释放速率、火灾发生位置及环境参数来设计火灾场景,采用火灾动力学场模拟软件FDS,模拟分析树冠火对输油站的热辐射影响.结果表明,由于无法采用地面扑救,防火隔离带是应对树冠火威胁的有效措施;当防火隔离带达到一定间距时,有风条件下与无风条件相比目标物体不会接收到更多的热辐射;防火隔离带设置为坡面形式,可以增加其表面积,从而吸收更多的热辐射.     

外墙保温材料在火灾中的燃烧现象小尺寸实验研究

利用外墙保温材料的小尺寸燃烧实验来研究外墙保温材料在火灾过程中的燃烧特性,分析总结外墙保温材料在火灾过程中的燃烧现象.建立外墙保温材料火灾实验模型,对外墙保温材料火灾实验的实验方法以及数据测定方式进行了介绍.采用不同阻燃性质的保温材料,研究阻燃成分阻止竖向燃烧的效果.观察不同的保温材料在燃烧过程中的点燃性能.根据材料的阻燃性能、点火位置、固定方式的不同,总结燃烧痕迹的变化规律.分析非阻燃材料在燃烧的过程中的熔滴生成,发现产生的熔滴对未燃保温材料的点燃现象.观察不同的保温材料在燃烧过程中的烟气生成及烟气层的形成.通过小尺寸火灾试验的方法来研究建筑外墙保温材料火灾的特性,提出使用阻燃型外墙保温材料的必要性.     

坡地建筑外立面火灾温度演化研究

针对坡地建筑外立面开口火溢流行为,为了预测不同坡地角度时圆形开口建筑火溢流的外立面热羽流温度分布规律,采用1∶8缩尺寸建筑火灾模型,开展圆形开口建筑火溢流实验研究.结果 表明:在建筑火灾燃烧状态稳定下,对于确定开口尺寸、火源功率以及坡地坡度(倾斜挡墙)下,带有圆形开口的燃烧室内温度基本均匀且保持一致;针对圆形开口建筑,...     

受限空间水幕隔热阻烟性能的试验研

为了研究消防水幕衰减火灾热辐射和阻隔火灾烟气蔓延的隔热阻烟特性,基于搭建的3 m× 3 m × 2.5 m（长×宽×高）小尺寸试验平台,开展大量实体火灾试验,研究水幕作用下空间温度分布特性以及烟气运动规律,并重点分析了喷头压力和喷头类型2种参数对水幕隔热阻烟性能的影响。结果表明:实施水幕分隔对火灾上层高温烟气具有明显的降温作用;实施水幕能够有效阻止火灾烟气的前期扩散;喷头压力越大,水幕的隔热效率越高,当喷头压力增大至0.6 MPa时,水幕的隔热效率可达70%以上;使用ZSTWC撞击式水雾喷头比ZSTM-AT式扇形水幕喷头更有利于形成均匀分布的水幕断面。     

外墙保温材料数值模拟研究

根据外墙保温材料具体的工程参数为依据,对挤塑型聚苯乙烯(XPS)、膨胀型聚苯乙烯(EPS)和聚氨酯(PU)三种材料的燃烧参数进行设定,设定火源为从窗口喷射而出的火焰,运用FDS软件进行数值模拟与分析。经过模拟发现:外墙保温材料在竖向燃烧中,火焰前锋高度呈现抛物线式增长,y=at2+bt+c,前期增长迅速,后期逐渐平稳。火焰前锋速度按照线性变化,vp=αt+β。在整个燃烧过程中,火焰前锋速度平稳的降低。XPS板导热系数最好,各测点的温度上升最慢,EPS板蓄热系数最好,所以其温度曲线最为平稳。     

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.     

On the thermal rupture of 1.9 m propane pressure vessels with defects in their thermal protection system

This paper describes the results from a series of fire tests that were carried out to measure the effect of defects in thermal protection systems on fire engulfed propane pressure vessels.

In North America thermal protection is used to protect dangerous goods rail tank-cars from accidental fire impingement. They are designed so that a tank-car will not rupture for 100 min in a defined engulfing fire, or 30 min in a defined torching fire. One common system includes a 13 mm blanket of high-temperature ceramic fibre thermal insulation covered with a 3 mm steel jacket. Recent inspections have shown that some tanks have significant defects in these thermal protection systems. This work was done to establish what levels of defect are acceptable from a safety standpoint.

The tests were conducted using 1890 l (500 US gallon) ASME code propane pressure vessels (commonly called tanks in the propane industry). The defects tested covered 8% and 15% of the tank surface. The tanks were 25% engulfed in a fire that simulated a hydrocarbon pool fire with an effective blackbody temperature of 870 °C.

The fire testing showed that even relatively small defects can result in tank rupture if the defect area is engulfed in a severe fire, and the defect area is not wetted by liquid from the inside. A wall failure prediction technique based on uniaxial high-temperature stress rupture test data has been developed and agrees well with the observed failure times.     

不同火灾规模下隧道水幕线性喷水强度的研究

为了探究火源功率和水幕线性喷水强度对烟气特征参数和水幕阻烟隔热能力的影响，以全尺寸隧道为研究对象，采用FDS数值模拟方法，还原验证了前人使用的小尺寸模型，研究了20组工况下烟气特征参数变化的规律。研究结果表明:根据相似性原理还原后的全尺寸模型在相同工况下的模拟结果与小尺寸实验基本一致；水幕系统降低遮光率的效果随线性喷水强度增加而增强，当线性喷水强度增至一定程度时，遮光率和隔热效率无明显变化；对于中、大型规模火灾，水幕有效作用时间出现减少的情况；火源功率为5，20，30 MW的小、中、大规模的隧道火灾，综合考虑经济性和水幕效果，建议分别选择水幕的线性喷水强度为8，14，16 L/(s瘙
簚m)。     

常用聚氨酯硬泡外墙外保温系统的点燃特性研究

基于锥形量热仪实验,对常用的聚氨酯硬泡外墙外保温系统的点燃特性进行了实验研究。所研究的系统种类包括粘贴保温板薄抹灰外墙外保温系统,瓷砖饰面粘贴保温板外墙外保温系统,胶粉浆料复合保温板外墙外保温系统和保温装饰板外墙外保温系统。实验结果显示,聚氨酯硬泡保温板和聚氨酯硬泡外墙外保温系统都可由热厚型点燃描述。在防护层对点燃时间的抑制效果方面,胶粉聚苯颗粒复合保温板系统最好,瓷砖饰面系统稍差但明显好于5mm和3mm厚防护层的薄抹灰系统,铝板保温装饰板系统最差。