管廊内电缆内热源燃烧过程数值模拟研究

为预防综合管廊局部空间内部电缆火灾事故的发生，运用火灾动力学模拟软件(FDS)三维传热和热解模型，对15 kV铜芯电缆着火过程建模分析，分析不同条件下电缆温度分布、热解气体分布以及热释放速率(HRR)曲线，以及热源功率大小和持续时间对电缆燃烧过程的影响。结果表明：随着热源功率的增加，电缆着火时间缩短，火灾危险性增加；HRR峰值和最大火蔓延长度(FSL)随着热源功率的增加呈线性增长；及时阻断热源功率可有效预防火灾的发生；热源功率消失后的火焰残留时间随着热源功率持续时间的增加整体呈现先上升后下降的趋势。     

辐射热流条件下多层电缆着火的数值模拟

通过CFD计算软件对锥形量热燃烧实验条件下的多层电缆着火性能进行数值模拟计算,对比相应CONE电缆燃烧实验结果,其计算结果表明所建立的电缆模型所得计算结果能够较好预测电缆着火时间。在此基础上,对护套层、绝缘层厚度、线芯层直径等参数对着火时间的影响进行了分析,发现护套层厚度对着火时间影响最大,线芯层对着火时间影响较小;当护套层及绝缘层厚度达到一定数值之后,电缆着火时间将不再发生变化。另外,因为电缆由多层热特性各异的材料组成,不能简单的划分为热薄材料或者热厚材料,但就所模拟电缆而言,其着火时间在不同的热辐射强度下分别表现出与热薄材料或者热厚材料相似的变化规律。     

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。     

森林自燃火灾中的凋落物辐射升温特性研究——以岳麓山为例

为研究森林火灾的凋落物辐射升温特性,设计一套森林凋落物温升速率测定实验装置,从岳麓山采样并通过辐射加热实验观察凋落层内部各点温升状况,采用红外热像仪辅助拍摄着火过程。分析处理7组不同月份的实验数据,获得森林凋落物的温时曲线、温度关联曲线,并建立温升速率关于含水率与表观密度的关联方程。研究表明:温升初期横向温升速率高于纵向温升速率,着火时刻附近纵向温升速率快于横向;岳麓山森林凋落物着火温度区间为340～350℃,在本实验条件下平均着火时间为420 s;各测点温升规律一致,热源基点处达到着火点时的周围温度在200℃左右。     

不同辐射强度下电缆燃烧特性研究

防治井下矿用电缆火灾是维护煤矿生产安全的重要环节。本文使用锥形量热仪分别在不同辐射强度下对电缆进行燃烧实验,研究井下矿用电缆的燃烧特性,分析电缆燃烧过程中的热释放速率、总释放热、烟气产生速率、总生烟量等参数的变化规律。结果表明：随着辐射强度增加,电缆燃烧的热释放速率、总释放热及烟气产生速率随之增大,在短时间内造成的危险性和破坏性更强。在热释放速率和烟气产生速率曲线中,观察到“双峰”现象,表明电缆燃烧存在护套层和绝缘层两个阶段;电缆火势增长指数随辐射强度增大而增大,着火时的危险程度也更大。     

基于桶式环形加热的阻燃电缆细观竖直燃烧特性研究实验平台的设计

针对阻燃电缆等难燃材料,为研究其在外界热源条件下的火灾性能与蔓延燃烧特性,研制了基于环形加热的阻燃电缆细观燃烧特性诊断实验平台。该平台主要包括三个部分,即:半封闭环形桶式加热与燃烧腔室、样品竖直固定模块和数据采集系统。实验参数的标定及典型阻燃电缆受热与燃烧实验结果表明,常规条件下无法点燃的阻燃电缆,当置于实验平台的加热炉内被加热一段时间后,底部小火源可将其点燃并呈现猛烈的燃烧与蔓延过程。该加热模块能够详细、准确地研究各种阻燃电缆在环形加热条件下的膨胀、引燃及蔓延燃烧的细观特性,而不同的加热模式有助于深入研究阻燃材料在各种热环境下的火灾特性,为阻燃材料的引燃机理及火蔓延模型研究提供了必要的研究平台。     

升温速率及氧浓度对长焰煤煤氧复合过程特性的影响

利用热重试验对粒径小于0.2 mm的长焰煤煤粉进行了不同氧体积分数(21%、40%、50%、60%和80%)和升温速率(20℃/min、30℃/min、40℃/min、50℃/min和60℃/min)的25种工况下煤氧复合过程中热解特性的测定,分析了两种因素对各特征值的影响。结果表明:以热失重速率为基准,长焰煤在含氧气氛下的热解过程可分为失水失重阶段、氧化增重阶段及着火、燃烧和炭化3个阶段;通用着火特性指标越大,煤样燃烧特性越好,自燃点越小,煤样工业分析结果应与其实际生产过程中的自燃危险性相结合;升温速率不变时自燃点随氧体积分数上升而下降,而煤氧复合时间随氧体积分数上升呈现先降低再微弱增加的趋势;氧体积分数一定时自燃点随升温速率上升而上升,煤氧复合时间则随之下降。对自燃点及煤氧复合时间进行均值无量纲化,并将其与无量纲化升温速率进行拟合,决定系数(R~2)约为1.0;提出了煤氧复合难易程度参数(D),计算结果表明,即使自燃点随升温速率上升发生滞后,煤氧复合难度仍然减弱。     

风电机舱内典型混合液态油品热诱导燃烧特性

为探究不同尺寸方形油盘对双馈异步风力发电机组机舱中典型混合油品燃烧特性的影响,自主设计和搭建了热平板诱导油品加热燃烧测定实验系统。将液压油(CALTEXRANDO HDZ32)和齿轮箱油(CALTEXMEROPA320)按1∶1质量(各40.0g)比例均匀混合后,盛装于横截面尺寸分别为6.5cm×6.5cm、10.0cm×10.0cm、13.5cm×13.5cm 的钢制油盘中,利用热平板加热和诱导盘内同样质量混合油品燃烧,利用摄像机记录其燃烧行为和阶段节点时间,利用热电偶树、温度采集模块对油品燃烧对应阶段节点液内和上方火焰中心轴温度分布进行测定。观察发现,液/齿混合油品在加热后出现液内流动、蒸发、冒泡、气化、燃烧、发烟、火焰蹿高等典型传热传质和液相燃烧现象。实验结果表明,随油盘横截面尺寸递增,混合油品着火时间依次缩短(最高1048.0s),燃烧持续时间依次递减(最高1980.0s),燃烧液内最高温度依次升高(最高564.3 ℃),中心轴第一层火焰熄灭温度依次升高(最高489.2 ℃)。小尺寸油盘内油品交流换热过程缓慢,质量损失速率较低,着火前阶段出现最大质量损失速率(0.041g/s);中大尺寸油盘内对流、传质和传热过程明显增强,质量损失速率较高,火焰蹿高节点时出现最大质量损失速率(0.25g/s和0.29g/s)     

城市综合管廊电缆火灾数值模拟及影响因素分析

为了研究城市综合管廊电缆火灾的发展过程及规律,为电缆舱室的火灾防治和结构设计提供参考,以义乌商城大道综合管廊工程为依托,采用火灾动力学三维模拟软件FDS建立全尺寸火灾模型,分析了电缆舱室内火灾发展过程及烟气温度分布规律,研究了舱室截面尺寸对电缆火灾热释放速率的影响规律。研究结果表明:综合管廊电缆舱室发生火灾时,点火源同侧电缆和另一侧电缆先后被引燃,火场温度较高,最大火灾热释放速率达11. 2 MW。着火分区内电缆燃烧范围约为25 m,属通风控制型火灾,建议采用密闭自熄辅以自动灭火系统的消防措施。舱室净高是影响电缆火灾的发展速率及其热释放速率峰值的重要影响参数,通道宽度对电缆火灾的影响较小,建议电缆舱室通道宽度取为1 200 mm,最上层电缆距其顶板净距取为600 mm。     

开放和封闭空间内不同间隙的竖向电缆燃烧试验研究

为了研究封闭空间对竖向电缆燃烧过程的影响,在开放空间和封闭空间内分别进行了一系列不同间隙的竖向电缆燃烧试验。通过分析开放空间和封闭空间内不同电缆间隙的竖向电缆燃烧过程中质量损失速率,得到电缆之间的间隙对竖向电缆燃烧速率有着决定性的影响。通过对比开放空间和封闭空间内竖向电缆的燃烧过程发现,封闭空间对竖向电缆燃烧过程的影响作用存在一个临界区间,该区间的临界判据是由电缆燃烧火焰对电缆的热作用和封闭空间内烟气层对电缆的热反馈决定的。基于封闭空间内的竖向温度分布,通过分析其无量纲温度梯度,得到封闭空间内竖向电缆燃烧过程存在一个特征明显的温度过渡区域。     

不同外热部位下18650型锂离子电池热失控研究

为探究不同外热部位对18650型锂离子电池热失控特性的影响,通过自主设计的试验平台对电荷量为100%的18650型锂离子电池开展不同外热部位下热失控试验,探讨不同部位外热源对电池热失控行为过程、热失控响应时间、温度特性、电池破裂部位的影响。结果表明:在相同热源功率条件下,外热源位置对电池热失控过程中初爆与二次燃爆间的时间间隔存在影响,顶部加热时安全阀打开瞬间便发生二次燃爆,底部和中部加热工况下,时间间隔分别延迟至18 s和40 s;中部加热时池体温升速率最慢,为0.873℃/s,分别为顶部和底部加热时的77.5%和77.8%;中部加热时热失控响应时间最长达290 s,顶部和底部加热时分别缩短12.4%和30.0%;顶部和底部加热时,热失控破裂部位集中于顶部"褶皱处"和底部防爆阀,但在中部加热工况下,电池发生破裂部位的随机性增加,其外壳破坏程度也有增加。     

ZR-KVV电缆排布数量对燃烧特性影响的实验研究

电缆在实际布置情况下通常是多根成束装配,而电缆的排布数量对运行安全性有很大影响,研究电缆的排布数量对燃烧特性的影响具有重要意义。使用锥形量热仪,对ZR-KVV电缆以不同数量排布,研究分析其质量损失速率、热释放速率等主要燃烧性能参数。实验结果表明,当电缆受到固定火源的辐射热流影响时,质量损失速率峰值和热释放速率峰值随着水平布置电缆数量的增加呈指数递增;随着外部辐射热流强度的增强,质量损失速率峰值和热释放速率峰值增加,总热释放速率则减小。     

TG实验条件对煤氧化燃烧特性的影响分析

为了探讨TG实验过程不同实验条件对煤氧化燃烧特性的影响,采用控制变量法对不同煤样粒度、不同升温速率、不同试样量条件下煤氧化燃烧过程进行了研究。通过TG/DTG曲线上的特征温度点将煤的氧化燃烧过程划分为五个阶段。结果表明:煤样粒度增加、升温速率增大都会使TG曲线向高温侧移动,对应的各特征温度值也都会升高;随煤样量增加,TG曲线在受热分解段及燃烧阶段向低温侧移动,煤样着火点温度T4降低。     

挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料着火温度实验研究

研究了挤塑型聚苯乙烯(XPS)保温材料两种不同着火方式下的着火温度。采用南京江宁仪器分析厂生产的DW-02型点着温度测定仪对XPS的着火温度进行了测定。利用辐射引燃仪得到了2.2 cm厚挤塑型保温板在不同加热功率下的着火温度。结果表明:DW-02型点着温度测定仪测得的挤塑型聚苯乙烯保温材料的点燃温度约为355℃;热辐射引燃仪测得的2.2 cm厚保温板在不同加热功率下的着火温度是365-370℃,且引燃时间随着辐射引燃仪加热功率的增大而逐渐缩短;明火火源比热流辐射容易引燃挤塑型聚苯乙烯保温板。研究结论对FDS模拟挤塑型聚苯乙烯燃烧特性时,材料热解参数的设定有指引作用,对实际工程中遴选合适的外墙保温材料具有重要的参考价值。     

高压电缆过载运行条件下内外温度场演化特性

为预防高压电力电缆运行中,因线芯横截面面积不满足电流载荷要求形成过载,而发生热灾害事故,基于高压电缆径向层状材料分布结构,探究电缆内部线芯生热、中间层导热与外表层散热耦合机制;对同一电缆,保持线芯截面与外层结构不变,分析不同电流强度导致其过载时,电缆内外温度场演化特征;针对不法厂商恶意缩小线芯截面的行为,分析该"人为过载"因素引起的线芯过热危险性,并讨论表面对流散热条件、线芯种类等因素对该过载过热行为的影响。结果表明:电缆线芯过细、外层材料增厚导致电缆内外温度显著增高,易引发热灾害事故;与铜芯电缆相比,铝芯电缆发热更显著,在通风散热不良环境中,更易引发热灾害事故。     

基于CONE和MCC的典型电缆燃烧性能研究

采用锥形量热仪和微燃烧量热仪对四类不同护套材料的八种电缆样品进行燃烧性能分析,研究结果表明：电缆燃烧热释放过程不仅与护套、绝缘的材料密切相关,也与电缆结构密不可分;对于护套材料相同而大小或结构不同的电缆点燃时间和到达第一个峰值的时间以及第一个峰值最大热释放速率基本一致;聚烯烃无机阻燃材料电缆能够有效降低热释放速率峰值,CO2、CO释放量也明显低于橡胶电缆、普通PVC电缆和阻燃PVC电缆;微燃烧量热仪和锥形量热仪实验数据存在一定的相关性,微燃烧量热仪实验数据可以对电缆锥形量热仪实验的第一燃烧阶段燃烧行为进行预测。     

1kV配电电缆的电弧引燃过程研究

电弧引燃电缆是造成电缆火灾的重要因素,威胁电力设备的安全运行与电力可靠供应。为了探索配电电缆的电弧引燃机理,构建了电弧引燃1 kV配电电缆实验平台,结合火灾动力学仿真,初步研究了电弧引燃电缆过程中的点燃、火焰蔓延及温度场分布,进一步探索了电弧火源功率对电弧引燃电缆过程的影响。结果发现功率为300 W的电弧火源能够在10 s内引燃1 kV聚氯乙烯护套电力电缆,电缆引燃后最高温度达900℃。随着电弧火源功率增大,电弧引燃电缆时间显著减小,并进一步获得了引燃该电力电缆所需的临界电弧功率。运用FDS仿真电弧引燃电缆过程,实验与仿真结果基本一致：当电弧功率从21.93 W减小到7.15 W时,实验点火时间从19 s增加到57 s,仿真点火时间从15.3 s增加到55.9 s;当电弧功率低于7.15 W时,实验和仿真电缆均无法引燃。     

膨胀型防火涂料对高压电力电缆引燃特性影响的实验研究

膨胀型防火涂料在电缆防火工程中有较广泛的应用,在使用过程中确保电缆涂料的效果与经济性具有重要意义。对喷涂不同厚度膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的高压电力电缆开展了在典型强度外加辐射热流条件的着火引燃实验,分析了电力电缆点燃时间、受热期间涂层对电缆外护套的保护与涂层受热后的形态变化。结果表明,电缆的着火行为与涂层厚度紧密相关。相比于未喷涂防火涂料的电缆,覆有膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的电缆在加热过程中明显膨胀,生成较软的泡沫状碳质层,且引燃时间较长,电缆起火后火势较弱。随着涂层厚度的增加,该涂料对电缆的阻燃和保护效果更为显著,研究结果表明,电缆表面喷涂1.0 mm厚度的防火涂料较为适宜。     

超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性研究

为研究超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性,通过粉尘层最低着火温度测试装置、MIE-D1.2最小点火能测试装置、20 L球形爆炸测试装置,对其最低着火温度、最大爆炸压力、最小点火能量(MIE)等爆炸特性参数进行测定,探讨了加热温度、点火延滞时间、粉尘质量浓度、粉尘粒径对粉体燃爆特性的影响。结果表明:超细聚苯乙烯微球粉尘层在350℃左右时会发生无焰燃烧,且加热温度越高,粉体粒径越小,粉尘层发生着火时所需的时间越短;当粉体质量浓度为250 g/m3时,最大爆炸压力达到0.65 MPa,质量浓度为500 g/m3时,最大爆炸压力的上升速率达90 MPa/s以上;随点火延滞时间增加,最小点火能表现出先缓慢减小再急剧增大的规律;随粉尘质量浓度增加,最小点火能逐渐降低,当粉尘质量浓度超过500g/m3后逐渐趋于稳定。     

基于锥形量热仪的PVC电缆燃烧性能试验研究

采用锥形量热仪研究不同型号PVC电缆的燃烧性能.通过改变锥形量热仪的热辐射强度模拟不同规模的火灾.分析火灾中电缆样品的热释放速率、质量损失速率、烟气产生速率等重要参数,研究热辐射强度、电缆护套层厚度对这些参数的影响,以及不同火灾性能参数间的关系.结果表明,热辐射强度越大,电缆的平均热释放速率、质量损失速率和烟气产生速率的峰值越高;电缆护套厚度越大,平均热释放速率、热释放速率的峰值越高,燃烧持续时间越长.由于电缆结构的影响.电缆样品与护套标准片状样品的火灾特性存在差异.电缆样品的试验结果可以更好地反映电缆在真实火灾中的燃烧性能.