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。     

不同通风条件下柴油池火的实验研究

为了分析不同通风条件对柴油池火燃烧特性及引燃特性的影响,进行205 mm带水垫层柴油池火的引燃实验,通过对池火燃料的质量损失速率、火焰高度、温度及热辐射等的监测,分析通风环境中柴油池火的热传递规律。结果表明:当风速为0.5 m/s时,火灾进入旺盛阶段的时间提前,火焰平均温度最高;当风速为1 m/s时,风速的增加导致油池火的质量损失速率增加,位于主火源下风向的待引燃火源获得的热辐射通量增大,火灾旺盛阶段火焰的平均温度降低,火焰高度降低,下风向相邻油盘引燃的时间提前;1 m/s情况下,205 mm带水垫层柴油池火的安全间距需增加到1D以上;通风环境对池火发展及蔓延的影响是显著的,应适当加大下风向可燃物的安全间距,合理选择通风排烟风速,优化火灾应急救援策略。     

化工园区储罐火灾热辐射模型仿真研究

为寻找储罐池火灾救援中的最佳灭火位置,选择最优化的应急演练方案,通过Mudan模型,分析池火灾燃烧特性,计算大型池火灾不同条件下的热辐射范围和强度;以某化工园区的真实储罐数据建立三维仿真模型,完成池火灾燃烧过程中动态热辐射演化三维仿真效果。结果表明：在有风条件下,火焰会朝下风向偏移,火灾热辐射危害范围也会受到风力影响,对于上风向区域,火灾热辐射危害范围受到风力影响减小;对于下风向区域,火灾热辐射危害范围受到风力影响增大。     

庚烷池火多火源燃烧特性的实验研究

多火源燃烧是森林火灾和城市群发性火灾中重要而又特殊的火灾现象,相关研究很少。通过恒定控制液面高度的实验系统,对直径0.1m、0.2m和0.4m的庚烷池火在单个火源、两火源燃烧和三火源线性排列时的火焰高度、火焰体积和燃烧速率等特性进行了实验研究。研究发现,三火源燃烧时中间火源的火焰高度、火焰体积和燃烧速率明显高于两火源燃烧和单火源燃烧,三火源燃烧时边上火源与两火源的燃烧状况难以区分。这些燃烧特性随着火源间距的减小,呈现增大趋势。热量反馈增强和空气卷吸受限这两种火源相互作用机制相互耦合,且随着火源间距的减小而增强,在S/D（S为火源间距,D为油池直径）为2～4时,两种机制强烈竞争,在其他参数范围内热量反馈增强效应占主导作用。研究还发现火焰体积与热释放速率有较好的线性相关关系,单位火焰体积的热释放速率约为1614kW/m3。     

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.     

夹层内PVC电缆燃烧特性分析

通过建立现代建筑夹层模型,研究铺设大量电缆可能引发的火灾效应,探索夹层内电缆火灾特性,找到电缆在夹层内的合理铺设方式,为制定科学合理的防火对策提供依据.本文主要讨论了不同因素对火焰蔓延速度、烟气温度和有害物质生成浓度的影响,并评价了有害物质的毒害作用.结果表明,夹层内铺设电缆的数量、铺设角度和距离夹层底层远近对电缆的燃烧特性有明显影响.1根电缆时火焰蔓延速度为3.17×10-3 m/s,两根时为3.96×10-3 m/s;1根电缆情况下,铺设角度由45°到垂直状态时,蔓延速度由4.01×10-3 m/s增加到26.09×10-3 m/s,产生烟气温度和烟气中有害成分浓度也随之增高;垂直条件下,烟气质量浓度在230 s时达到最高值12.50 g/m3,产物CO的质量浓度远远超出OSHA标准(1.88 g/m3).因此,电缆在夹层内垂直燃烧时发生火灾的危险性更大.     

添加H2对生物质气层流燃烧特性的影响

为研究H₂对生物质气层流燃烧特性的影响，在内径和长度均为200 mm,点火位置为正中央的圆柱形定容燃烧弹内进行当量比为0.6～1.4、H₂体积分数为7.15%～33.15%的掺氢生物质气/空气燃烧试验。利用高速摄像仪采集火焰传播图片，并通过计算分析软件Chemkin-Pro进行化学反应路径分析。研究结果表明：添加H₂对生物质气/空气的层流燃烧速度起促进作用，在贫燃侧增长效应平稳而在富燃侧增长效应显著，使火焰的不稳定性增强；火焰结构中主要自由基浓度的增大是引起层流燃烧速度增大的主要化学动力学原因；H₂主要通过参与HCO基团氧化加快反应速率，富燃侧层流燃烧速度显著增大的原因是H₂作用的路径多为有O₂参与的反应。     

综合管廊电缆火灾窒息灭火试验与数值模拟研究

为研究综合管廊电缆火灾窒息灭火有效性,采用缩尺寸试验与数值模拟方式,研究不同线缆数量、线缆布置间距、线缆分层情况对窒息灭火时间的影响,以及火灾过程中线缆热释放速率、烟气高度、环境温度、CO体积浓度、O₂体积浓度等关键参数的变化,判定最佳防火门关闭时间与电缆火灾窒息灭火时间。研究结果表明：在密闭情况下,线缆数量越多,综合管廊电缆火灾窒息时间越短;对于相同线缆数量,在线缆按一定间距布置情况下,窒息时间更短;对于双层线缆布置,线缆按一定间距布置情况下的窒息时间反而更长;防火门关闭时间t_关为350 s时,可满足人员安全疏散需求;采用窒息灭火方式时,电缆火灾灭火时间t_灭约为1 620 s。研究结果可为地下管廊电缆灭火提供试验方法参考和数据支持。     

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。     

四面火墙作用下中心油盘燃烧速率研究

为解决在实际溢油事故处理过程中，油膜、燃料、溢油范围及特征将限制就地燃烧法使用的问题，利用多油池火燃烧试验模拟就地燃烧法现场燃烧速率变化特征。首先，利用火旋风发生装置与多油池火模型建立四面火墙燃烧模型；然后，搭建火焰燃烧试验平台，利用现场试验法研究中心油盘高度、燃料体积(油膜厚度)及相邻火墙间距h对中心油盘燃料燃烧速率的影响，最后对所得数据进行拟合分析，探究燃烧速率变化特征。结果表明：相比于单一油池火燃烧，四面火墙条件下中心油池火火焰燃烧更为剧烈；平均燃烧速率与油盘高度呈负相关，与燃料体积呈正相关，相同条件下油盘高度每增加1倍，平均变化率约减小20%;燃料体积每减少一半，平均燃烧速率约减小25%;相邻火墙间距h=16 cm时对中心油盘燃烧速率的促进作用最强，最大可达32.4%。     

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。     

横向风作用下喷口间距对射流扩散火焰特征的影响研究*

为研究横向风作用下喷口间距对射流扩散火焰特征的影响,以双喷口火焰为研究对象,利用CCD摄像机拍摄火焰几何形态,研究横向风条件下喷口间距对火焰形态演化、火焰长度和火焰吹熄极限的影响。研究结果表明:喷口间距较小时,2束火焰因空气夹带竞争和压差作用,彼此相互倾斜融合,火焰融合概率随喷口间距增加而逐渐降低,火焰临界融合间距随横向风的增加先增大后减小;由于火焰的空气夹带和热反馈处于较高水平,2束火焰被少量拉伸,火焰长度先增加后减小;喷口间距较小时,火焰吹熄极限显著增加。     

电缆燃烧试验新旧标准的火灾动力学仿真对比分析

为了研究国家标准的变化对成束电缆燃烧试验的影响,使用FDS软件进行电缆燃烧性能的火灾动力学模拟研究。对新旧国家标准进行燃烧模拟,比较分析箱体温度、热释放速率（HRR）、电缆前后表面温度和烟密度仿真结果,考察新旧国家标准间的差异因素对燃烧的动力学过程的影响,根据模拟结果探讨新国家标准下电缆通过燃烧试验的难易程度和电缆的优化设计。研究结果表明:新标准对炭化高度要求更严格,故在保证电缆机械强度的前提下,为达到新标准中的B1级阻燃等级,应在旧标准A类阻燃的基础上增加电缆的阻燃效果,特别需要抑制火焰在电缆表面垂直蔓延的能力。     

3m直径煤油池火灾火焰特性的数值研究

为了预测油池火灾的火焰特性,采用CFD模拟技术开展静风状态下3 m直径煤油液池的火灾场景模拟,探讨火焰温度、火焰羽流速度、辐射热通量、燃烧产物质量分数等油池火焰特性参数随高度的变化关系;并结合火焰形态分布,提出一种4区域模型,即将湍流扩散火焰划分为油气混合燃烧区、燃烧火焰区、烟尘区和热烟气区来分析燃烧气流在不同高度的实际物理化学特性。此外,通过经验公式和CFD模拟2种方法分别计算出3 m直径煤油池火灾的火焰高度、火焰表面的辐射通量及热辐射破坏半径,并对计算结果进行比较分析,结果表明:2种方法可互相补充完善,有助于池火灾的热辐射危害性评估。     

装置进气口宽度对不同尺寸油盘火旋风燃烧特性影响的研究

为探究进气口宽度对火旋风燃烧特性的影响,利用自然驱动的四面边墙夹缝式装置对不同进气口宽度使用１５０,２００,２５０ mm 3种直径进行实验研究。由燃料质量随时间变化曲线得出准稳态阶段火旋风的质量燃烧速率;利用摄像机记录火焰的连续图像并获得火焰高度。结果表明:针对实验室小型火旋风（150~250 mm）,在进气口宽度为35 mm左右时,火旋风的燃烧速率最大,即火旋风的燃烧强度存在1个最佳的进气口宽度;当火焰高度达到最高时,环量也存在1个临界值。     

通风和开口形状对地下硐室火灾影响的实验研究

针对狭长通道侧向风和不同开口形状对硐室火灾燃烧状态及火焰溢流现象的影响,利用自主设计搭建的小尺寸实验台对侧向通风条件下地下硐室火灾燃烧规律进行研究。实验设定了200 mm×400 mm,300 mm×300 mm,400 mm×200 mm 3种硐室开口尺寸（长×高）,选取1.2,3.3,5.1 m/s 3种通风速度和13.8,41.4,69.0 kW 3种火源功率。研究结果表明:在侧向风作用下,可燃气更容易被吹出造成火焰溢出燃烧现象;侧向风在中性面上部区域主要起降温作用,在中性面下部区域则起升温作用;通风因子大的开口工况,室内温度更高,也更容易达到轰燃条件;宽且低的开口使得高温气体与通风风流在较低处混合,其结果导致硐室下部温度较高,对火灾初期人员疏散不利。     

聚合物燃烧火焰辐射及其温度的估算

受限空间中，通风对于燃烧状况和火焰辐射特性有重要影响。本文根据火焰中炭颗粒的生成及其受通风的影响，提出了关于聚合物燃烧火焰辐射和平均辐射温度的估算方法。计算了几种典型聚合物的火焰辐射及其平均辐射温度，并讨论了通风、燃料组成、炭颗粒和燃烧尺度的影响，旨在加深认识通风条件对于火焰温度及其有关辐射特性的影响，为受限空间中燃烧过程的分析提供依据。     

纵向风对隧道火灾拱顶最高温度及其位置的影响

研究了燃烧风洞内不同纵向风速、不同火源功率条件下,隧道近火源区顶部温度沿纵向分布情况。结果表明,纵向风对不同尺寸火源条件下的顶部温度的影响呈不同特征。对较小尺寸火源,隧道顶部温升随风速增加而减小至稳定值;而对较大尺寸火源,顶部温升随风速增加先增加后减小。对于矩形火源,当纵向风较小(0.5~1.5m/s)时,长边平行于纵向风时顶部最高温升大于长边垂直于纵向风的情况;而当纵向风较大(≥2 m/s)时,两种油盘放置方式的顶部最高温升一致。纵向风作用下,顶部最高温升位置向下游呈现"两次移动"特征,即随着纵向风速增加该位置先向下游移动,当风速达到某一值时,隧道拱顶的加热机制由对流和辐射共同主控转变为辐射单独主控,最高温升位置突变回到上游后再次逐渐向下游移动。