基于FIPEC试验的电缆燃烧性能研究

利用FIPEC试验装置20.5kW的火源对市场上常见的ZR-YJY、ZR-YJV和ZR-VV三种类型的阻燃电力电缆的燃烧性能进行了全尺寸试验研究,对试验结果分析了不同类型阻燃电缆的火灾发展和蔓延特性,以及电缆在火焰蔓延过程中的影响因素,结果表明,在热释放和产烟特性上,ZR-YJY均优于ZR-YJV和ZR-VV,但在火焰蔓延性能上,ZR-YJY相对较差。同时获取了电缆在火灾过程中的热释放、产烟特性以及火焰蔓延特性的基础数据,为我国《电缆及光缆燃烧性能分级》标准提供试验依据。     

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。     

基于层次分析法的电缆燃烧性能综合指标评价体系

目前对于电缆燃烧性能评价方法大多采用延燃性作为单一评价指标,但是电缆的燃烧性能还应包括生烟性、毒性和腐蚀性等方面.国内外大量试验证明锥形量热计试验结果与全尺寸试验结果相关性较好,利用锥形量热计对真实火灾情况下电缆燃烧性能进行评价较为合理.本文在锥形量热计燃烧试验基础上,构建了电缆燃烧性能综合指标评价体系,并运用层次分析法确定各指标的权重.该体系为电缆燃烧性能评价研究提供一种新的尝试,也可为以后的阻燃电缆分级体系建立提供一些参考.     

PVC电缆全尺寸燃烧试验与数值模拟研究

在利用锥形量热计测试方法获得电缆燃烧热、点燃温度等火灾数值模拟参数基础上,利用FDS数值模拟软件对电缆全尺寸试验平台电缆燃烧试验进行模拟.对比模拟结果与试验结果发现,热释放速率、温度等参数吻合较好.热释放速率到达峰值时间试验值为231 s,模拟值为243 s; 热释放速率峰值试验值为53 kW,模拟值为55 kW.研究表明,利用数值模拟对电缆燃烧过程进行精确模拟是可行的.     

横向电缆火灾试验与区域模型数值模拟

基于自然通风条件下受限空间内的横向1、2、3和4层电缆燃烧试验,验证双区域模型模拟横向电缆火灾动力学过程的可靠性。首先,根据横向电缆火灾试验中测量的室内温度场的变化,证明横向电缆火灾过程基本符合双区域模型假设。然后,比较区域模型预测值与试验测量值,得到了区域模型预测的误差范围为0.004~0.169。研究表明,双区域模型能够可靠地模拟室内横向多层电缆火灾过程。此外,基于间隔0.15 m的4层电缆的燃烧,研究了区域模型火源设置(即设置1个火源和设置4个火源)对模拟结果的影响,结果表明,设置为1个火源得到的最大误差达31.1%,而设置为4个火源的模拟结果相对更加可靠,其误差不超过6%。因此,对横向多层电缆火灾过程的区域模型预测,建议将每层电缆设置为单个火源。     

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。     

开放与受限条件下电缆燃烧特性模拟对比研究

为对比研究开放与受限条件下的电缆火灾燃烧行为,采用CFD数值模拟软件建立了全尺寸电缆燃烧模型,同时考虑了不同间距对电缆燃烧特性的影响,并将开放与受限条件下的计算结果进行对比,分析了两种条件下电缆火灾中各工况的温度、O₂浓度。结果表明：开放条件下的电缆燃烧主要属于燃料控制型,而受限条件下的电缆燃烧主要属于先燃料控制型,后通风控制型。在开放条件下,氧气充足,燃烧更为充分,形成的火焰高度及温度更高,更容易引燃上方可燃物体;而在受限条件下,电缆火焰受到顶板限制形成的顶棚射流,会加强火焰对电缆的热辐射作用,有助于电缆燃烧。但由于侧壁的存在,电缆燃烧过程中的空气卷吸受到了一定的限制,由于通风不足,受限空间内的O₂浓度逐渐下降,电缆燃烧受到抑制,甚至熄灭,而随着空气的补充,电缆将可能出现复燃现象。此外,两种条件下电缆间距对燃烧的影响均较为明显,当间距较小时,燃烧电缆之间的影响显著,燃烧更为剧烈,而随着电缆间距增大,燃烧电缆间的相互热辐射减弱,更接近于单根电缆的独立燃烧,其中开放条件下相对更为明显。     

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.     

夹层电缆引发火灾的实验研究

模拟现代建筑夹层中贮藏大量未加金属导管防护的电线电缆所引发的火灾效应.在一个全尺寸燃烧套房模型中进行了起火室和顶棚夹层空间电缆火灾的实验研究,并采用大涡模拟的方法对实验中烟气速度场进行了数值模拟.结果表明,加明火源可以加强电缆的火灾功率;通风状况对夹层电缆火灾的温度场、烟气遮光度和火灾功率有明显影响.电缆燃烧产物中主要毒性气体为CO.电缆在夹层燃烧时,CO和CO2浓度均高于目标室和起火室中的浓度.而夹层毒气最为集中,其CO浓度远远超出OSHA和IDLH标准.电缆在夹层燃烧时发生火灾的危险性较大.     

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。     

GP/APP膨胀阻燃体系对硅橡胶复合材料阻燃及抑烟性能的影响

为了探究石墨粉 (GP) 与聚磷酸铵 (APP) 膨胀阻燃体系对硅橡胶复合材料的阻燃及抑烟特性的影响,采用锥形量热仪 (CCT)、热重分析仪 (TG) 及极限氧指数测试仪 (LOI) 对阻燃硅橡胶复合材料进行表征。研究结果表明:与单独添加膨胀阻燃剂APP的阻燃硅橡胶相比,添加GP/APP膨胀阻燃体系可有效提升燃烧过程中形成的膨胀碳层的致密度,降低阻燃硅橡胶复合材料的热释放速率及总烟释放量,提高阻燃硅橡胶复合材料高温阶段的热稳定性,提升阻燃硅橡胶复合材料的燃烧成炭率和质量保持率; 使阻燃硅橡胶复合材料的氧指数值增大。     

MPP协同MF@ADP阻燃低密度聚乙烯性能研究*

为提高低密度聚乙烯（LDPE）阻燃性能和阻燃LDPE复合材料的力学性能与抑烟性能,采用原位聚合法制备三聚氰胺-甲醛（MF）树脂包覆二乙基次磷酸铝（ADP）的MF@ADP微胶囊,再引入三聚氰胺聚磷酸（MPP）与MF@ADP进行协效复配,熔融共混制备阻燃LDPE复合材料。通过氧指数、热重分析、力学测试和烟密度测试等研究复合材料的阻燃、力学和抑烟性能。研究结果表明:MF@ADP微胶囊能改善阻燃剂与复合材料之间的相容性,与MPP复配构成的磷-氮膨胀阻燃体系能有效提高LDPE的抑烟性能;当MF@ADP∶MPP的质量比为2∶1时,材料的LOI达到了30.6%,垂直燃烧测试达到UL-94 V0级,拉伸强度为11.8 MPa,且形成的P/N/O高聚物炭层稳定性更高,可减少LDPE燃烧释放的烟雾量。     

基于燃烧相互作用的PMMA相向火蔓延特性实验研究

为探究耦合燃烧作用对固体可燃物火蔓延的影响,开展基于燃烧相互作用的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate, PMMA)相向火蔓延特性实验研究。通过对不同宽度PMMA板进行相向火蔓延实验,获取火焰图像、温度场、质量损失速率等燃烧特性参数,分析相向火蔓延的过程特点与燃烧机理。研究结果表明：相向火蔓延过程中存在4个典型阶段,即快速发展阶段、相对稳定阶段、相互作用阶段、融合燃尽阶段;PMMA板宽度对相向火蔓延燃烧特性的影响较为显著,体现在热解区长度、相对稳定状态维持时间、质量损失速率等参数变化上。研究结果可为建筑物保温材料的火灾预防抑制提供参考。     

不同实验标准对几种常见阻燃剂粉尘可爆性影响研究

为研究阻燃剂粉尘可爆性,依据不同实验标准所采用的哈特曼管和20 L球爆炸实验系统,对几种常见阻燃剂粉尘可爆性进行了初步研究。结果表明:按不同标准实验,四溴双酚A、三聚氰胺、二乙基次膦酸铝、赤磷和对二丁基氧化锡均为可爆性粉尘;三氧化二锑、钛白粉、碳酸钙、氢氧化铝和二氧化硅均为不可爆性粉尘;氰尿酸三聚氰胺、球形硅树脂粉以及膨胀石墨的粉尘可爆性结果不一致。对于某些阻燃剂,点火源的起始能量对粉尘可爆性结果有较大影响;某些阻燃剂对爆炸具有抑制效应,抑制程度同物质本身的性质和浓度有关系。     

β环糊精改性聚氨酯基涂料的火安全性与热解动力学分析

为提高膨胀型防火涂料的阻燃性能,以聚氨酯树脂为基料,以聚磷酸铵、尿素为阻燃体系,通过加入不同掺量的钛酸酯偶联剂改性β-环糊精(β-CD),提高阻燃效果。通过红外光谱仪(FT-IR)、锥形量热仪(CONE)、热重分析仪(TG)、差热扫描量热仪(DSC)等,研究改性β-CD的含量对膨胀型防火涂料的火安全性的影响,使用Coats-Redfern积分法计算涂料的热解动力学。研究结果表明：改性β-CD能有效地提高涂料的阻燃性能,当β-CD为1wt%时拥有最佳阻燃性能,1wt%改性β-CD能够提高涂层的蓄热能力,延缓APP的分解和抑制碳质材料的分解,进而提高涂料的阻燃性能。通过热解动力学拟合曲线得出,1wt%的样品能在253℃以后显著提高反应的活化能,提高涂层的阻燃性。     

初始氧化温度对浸水长焰煤二次氧化特性的影响机制

为揭示不同初始氧化温度下浸水长焰煤的氧化自燃特性,利用红外光谱和热分析实验手段以及MS数值模拟方法研究其氧化自燃规律,并采用线性拟合的方法阐述自由基变化特性。结合分子键能的变化,分析浸水条件下二次氧化的煤氧链式反应过程。研究结果表明:经过120 ℃预氧化后,浸水风干长焰煤的还原性官能团甲基、亚甲基、羟基均高于原煤,而羰基、羧基低于原煤;与原煤相比,浸水风干后的煤预氧化温度在120 ℃时最大升温速率最高（0.036 9 ℃/s）,表现出更强的自燃倾向性;MS模拟优化得出煤中各官能团在预氧化120 ℃时键能变化较大,结合热分析实验,确立预氧化后浸水风干煤体氧化自燃特性机制。     

户外耐烃类火灾膨胀型隧道防火涂料的制备及性能研究

针对隧道防火要求,开发一种可用于户外环境下保护隧道混凝土结构的耐烃类火灾的NPD型膨胀隧道防火涂料,并对硅丙乳液和纳米二氧化钛(TiO2)用量对涂料性能的影响进行了讨论。结果表明:硅丙乳液和纳米TiO2的加入提高了防火涂料的粘结强度和耐水性能,其中分别添加质量百分数为25%、09%的硅丙乳液和纳米TiO2后涂料的性能达到最优。添加质量百分数为25%硅丙乳液后,涂料的粘结强度和耐水极限分别达到020MPa和14天;而添加09%的纳米TiO2后涂料的粘结强度提高到035MPa,耐水极限达到24天,耐火     

硅油改性尿素基膨胀型阻燃剂的制备与表征

为提高膨胀型阻燃剂的阻燃性能与耐久性能,在水性聚氨酯树脂、聚磷酸铵、聚丙烯酰胺和磷酸铝的基础配方上,通过加入不同掺量的尿素以及不同掺量的硅油,对此阻燃体系配方进行耐久性优化设计,制备出尿素-硅油改性且具有一定耐水性的膨胀型阻燃涂层。通过锥形量热仪测试分析表征其阻燃性能来确定尿素-硅油的最佳掺量;并测量阻燃涂层的水接触角。结果表明:当掺加2 wt%的尿素时样品的阻燃效果最佳,掺量过多时会降低水接触角,影响样品耐水性;当掺加0.5 wt%的硅油时,样品的阻燃效果最佳,且随着掺量增多水接触角逐渐增大。     

泄爆口参数对氢气火焰传播过程影响的数值模拟

为了减少管内气体爆炸造成的损失与破坏,基于大涡模拟LES模型和Zimont燃烧模型,研究泄爆尺寸(直径为40,60,80 mm)和泄爆位置(侧方距点火端1,3,5 m)等泄爆条件对受限空间中氢气燃爆特性的影响。研究结果表明：大孔径泄爆口更好的排放效果造成火焰锋面在通过泄爆口时发生严重畸变,而泄爆口与点火端距离的增加则会削弱火焰锋面畸变的程度,且不同尺寸泄爆口产生的泄压效果差异较大。因此,应考虑将合适尺寸的泄爆口设置于靠近易燃点处。通过探索不同泄爆孔径与泄爆口位置对氢气火焰传播的影响规律,可为实际应用中的安全泄爆起到指导性作用。