典型外墙保温材料RPU热解与燃烧特性研究
发布时间：2023-02-24 10:02
随着全球能源危机日益严峻,建筑节能,特别是建筑保温,凸显重要。聚氨酯硬泡(RPU)因其超低的导热率、优良的疏水性能和机械性能而被用作外墙保温材料。然而,多起灾难性的建筑火灾被报道与保温材料易燃性密切相关。同时,研究RPU热解和燃烧行为是后续火蔓延及相关研究的必要基础。因此,为了更加全面揭示火灾发生、发展及加速的的机理,建立相关化学动力学模型,同时也为了能定向设计阻燃RPU产品,积累热解动力学、机理、燃烧方面相关数据,本文利用实验、理论和数值模拟手段对RPU热解机理、热解动力学、点燃行为、燃烧特性以及热解与燃烧的关系进行了深入研究。本文首先联合使用无模型分析和模型拟合分析法对四种含氧氛围下RPU热解动力学进行了分析。联合四种线性升温程序下的热重数据,使用传统的图形法和高级等转化率法确定了表观活化能(Eα)对转化率(α)的依赖关系。计算结果显示增加氧浓度对低转化率下热解与氧化的竞争反应影响较小,但却对高转化率下反应动力学呈现重要的非单调影响。当α>0.6,通过模型拟合法发现:低氧浓度氛围下,反应由扩散控制;随氧气浓度增大逐渐向动力学控制转变;空气氛围下热解机理函数为n级反应函数,且不...
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 RPU保温材料在建筑保温外墙中的应用背景
1.2 研究RPU热降解和燃烧特性的重要性
1.3 文献综述
1.3.1 RPU合成原料的影响
1.3.2 RPU的热稳定性及热解机理
1.3.3 RPU的燃烧特性和火灾风险
1.4 研究目的
1.5 研究方法
1.6 本文章节安排
第二章 仪器,方法与模型
2.1 测试系统
2.1.1 热降解测试系统
2.1.2 燃烧测试系统
2.2 传统的动力学分析方法
2.2.1 无模式(等转化率)方法
2.2.2 模型拟合方法
2.3 计算固体可燃物燃烧时间的经典模型
2.4 本章小结
第三章 外墙保温用RPU热解动力学分析
3.1 引言
3.2 实验概述
3.2.1 原材料
3.2.2 样品制备及样品表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 等转化率动力学分析
3.3.2 模型拟合动力学分析
3.3.3 基于实验数据的模型重建
3.3.4 动力学预测
3.3.5 阻燃剂对聚氨酯硬泡热解动力学的影响
3.4 本章小结
第四章 非阻燃RPU在惰性和氧化氛围下热解机理
4.1 绪论
4.2 实验概述
4.2.1 材料
4.2.2 热解测试
4.3. 结果与讨论
4.3.1 RPU在氮气和空气中热稳定性
4.3.2 热分解行为
4.3.3 RPU热解产物分析
4.3.4 热解机理推断
4.4 本章小结
第五章 RPU复杂热解反应的建模与解耦
5.1 引言
5.2 实验和方法
5.2.1 样品准备与测试
5.2.2 遗传算法各条目与动力学分析过程中各参数的对应关系
5.3 结果和讨论
5.3.1 氮气氛围下加热速率对RPU热解行为的影响
5.3.2 RPU空气氛围下热解类型研究
5.3.3 氧气浓度对RPU热解行为影响的TG实验研究
5.3.4 遗传算法输入参数的设定
5.3.5 热解模型的建立
5.3.6 氧气浓度对遗传算法求得的动力学参数的影响
5.3.7 模型优化过程及g(yo2)函数
5.3.8 热解模型耦合遗传算法的有效性检验
5.4 本章小组
第六章 RPU燃烧特性与成炭机理研究
6.1 绪论
6.2 实验
6.2.1 材料准备
6.2.2 实验步骤
6.3 点燃模式对燃烧特性的影响
6.3.1 点燃时间
6.3.2 热释放特性
6.3.3 临界点燃热流
6.4 不同外加辐射RPU燃烧特性的影响
6.4.1 点燃时间
6.4.2 热释放和火灾危险性评价
6.5 点燃时间预测
6.5.1 热穿透厚度
6.5.2 深度辐射吸收
6.5.3 热导率的影响
6.5.4 气相方面的影响
6.5.5 点燃判据的影响
6.6 RPU成炭机理
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 创新点
7.3 进一步工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3748675
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 RPU保温材料在建筑保温外墙中的应用背景
1.2 研究RPU热降解和燃烧特性的重要性
1.3 文献综述
1.3.1 RPU合成原料的影响
1.3.2 RPU的热稳定性及热解机理
1.3.3 RPU的燃烧特性和火灾风险
1.4 研究目的
1.5 研究方法
1.6 本文章节安排
第二章 仪器,方法与模型
2.1 测试系统
2.1.1 热降解测试系统
2.1.2 燃烧测试系统
2.2 传统的动力学分析方法
2.2.1 无模式(等转化率)方法
2.2.2 模型拟合方法
2.3 计算固体可燃物燃烧时间的经典模型
2.4 本章小结
第三章 外墙保温用RPU热解动力学分析
3.1 引言
3.2 实验概述
3.2.1 原材料
3.2.2 样品制备及样品表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 等转化率动力学分析
3.3.2 模型拟合动力学分析
3.3.3 基于实验数据的模型重建
3.3.4 动力学预测
3.3.5 阻燃剂对聚氨酯硬泡热解动力学的影响
3.4 本章小结
第四章 非阻燃RPU在惰性和氧化氛围下热解机理
4.1 绪论
4.2 实验概述
4.2.1 材料
4.2.2 热解测试
4.3. 结果与讨论
4.3.1 RPU在氮气和空气中热稳定性
4.3.2 热分解行为
4.3.3 RPU热解产物分析
4.3.4 热解机理推断
4.4 本章小结
第五章 RPU复杂热解反应的建模与解耦
5.1 引言
5.2 实验和方法
5.2.1 样品准备与测试
5.2.2 遗传算法各条目与动力学分析过程中各参数的对应关系
5.3 结果和讨论
5.3.1 氮气氛围下加热速率对RPU热解行为的影响
5.3.2 RPU空气氛围下热解类型研究
5.3.3 氧气浓度对RPU热解行为影响的TG实验研究
5.3.4 遗传算法输入参数的设定
5.3.5 热解模型的建立
5.3.6 氧气浓度对遗传算法求得的动力学参数的影响
5.3.7 模型优化过程及g(yo2)函数
5.3.8 热解模型耦合遗传算法的有效性检验
5.4 本章小组
第六章 RPU燃烧特性与成炭机理研究
6.1 绪论
6.2 实验
6.2.1 材料准备
6.2.2 实验步骤
6.3 点燃模式对燃烧特性的影响
6.3.1 点燃时间
6.3.2 热释放特性
6.3.3 临界点燃热流
6.4 不同外加辐射RPU燃烧特性的影响
6.4.1 点燃时间
6.4.2 热释放和火灾危险性评价
6.5 点燃时间预测
6.5.1 热穿透厚度
6.5.2 深度辐射吸收
6.5.3 热导率的影响
6.5.4 气相方面的影响
6.5.5 点燃判据的影响
6.6 RPU成炭机理
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 创新点
7.3 进一步工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3748675
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