基于实验与区域模型的受限空间多层电缆桥架火灾研究

发布时间：2017-10-16 09:07

  本文关键词：基于实验与区域模型的受限空间多层电缆桥架火灾研究

  更多相关文章： 横向多层电缆桥架 电缆火灾 受限空间 区域模型

【摘要】：电缆是社会生产和日常生活中不可缺少的基础设施之一。然而,电缆组成材料的易燃性导致电缆火灾在世界各国频繁发生,造成巨大损失。对于大量应用电缆的特殊场所核电厂,火灾还可能导致安全停堆失效、氢气爆炸甚至核事故等惨重后果。电缆火灾已经成为当前重要的研究课题之一。本文在大量调研国内外文献以及电缆防火设计规范的基础上,结合实验与火灾区域模型,对受限空间内多层电缆桥架的火灾特性进行了研究s实验部分首先选用了市场上广泛使用的两种典型阻燃和非阻燃电缆,讨论了二者在火蔓延特性方面的区别。针对多层电缆桥架火灾,分别设计了自然通风条件和封闭条件下1层、2层、3层和4层电缆燃烧实验,分析了通风条件以及多层桥架结构对电缆火灾行为的影响。由实验结果可发现,通风条件影响电缆周围氧气和烟气浓度,从而影响热释放速率；多层电缆燃烧过程存在耦合性,质量损失速率等参数和桥架层数并不成正比关系。此外,测量了室内不同高度处的气体温度,发现垂直分布的温度场出现明显分层现象,即上层高温区和下层低温区,这一结果与区域模型的基本假设相符。模拟部分选用应用广泛的双区域模型CFAST软件,建立了与实验条件基本相同的火灾场景。首先,基于实验所设计的电缆桥架,研究了区域模型中电缆桥架作为火源的最佳设置方案。然后,模拟各工况火灾并与实验数据进行了定性和定量比较,以验证CFAST模拟横向多层电缆火灾的有效性和可靠性。结果表明,CFAST基本能够实现各种工况下模拟结果与实验结果的较好吻合。然而,在模拟受限空间内低氧浓度火灾时却与实验结果偏差较大,这与CFAST中热释放速率模型引入的低氧浓度限制有关,在对原因进行深入分析之后提出了可能的修改方案。最后,在模型可靠性验证的基础上,进行了典型核电厂电缆分布室多层桥架火灾模拟。通过烟气层温度和高度、电缆热释放速率以及火灾持续时间等火灾危险性指标,分析了不同开口情况、机械通风风量对火灾危险性的影响。结合蒙特卡洛模拟研究了目标电缆桥架点燃时间对各项因素的敏感性,发现最主要的三个影响因素分别为外部点火源与目标电缆的距离、通风口高度和电缆点燃临界温度。这些分析结果可以为性能化防火分析及消防设计提供理论参考。
【关键词】：横向多层电缆桥架 电缆火灾 受限空间 区域模型
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM623.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 电缆燃烧理论14-17
• 1.3 电缆桥架及其火灾特性17-21
• 1.4 研究现状21-25
• 1.4.1 实验研究进展21-22
• 1.4.2 计算机模拟研究现状22-23
• 1.4.3 性能化防火方法——NFPA-80523-25
• 1.5 研究内容和方法25-26
• 1.6 文章节结构安排26-27
• 第2章 多层电缆桥架火灾实验27-45
• 2.1 实验台介绍27-31
• 2.2 实验结果与讨论31-42
• 2.2.1 阻燃性对电缆火蔓延的影响31-35
• 2.2.2 通风条件对多层电缆火灾的影响35-42
• 2.3 小结42-45
• 第3章 区域模型CFAST模拟验证45-57
• 3.1 CFAST模型概述45-46
• 3.2 基本假设与参数设置46-47
• 3.2.1 基本假设46
• 3.2.2 参数设置46-47
• 3.3 模拟结果与实验结果对比分析47-55
• 3.3.1 顶棚射流温度验证47-49
• 3.3.2 烟气层温度与空气层温度验证49-51
• 3.3.3 比较结果的量化与讨论51-55
• 3.4 小结55-57
• 第4章 典型核电厂电缆分布室火灾模拟57-65
• 4.1 引言57
• 4.2 工况说明57-58
• 4.3 不同通风条件下火灾危险性分析58-64
• 4.3.1 烟气层高度及温度58-60
• 4.3.2 电缆点燃时间及火灾持续时间60-62
• 4.3.3 目标电缆点燃时间的敏感性分析62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 结论与展望65-67
• 5.1 主要结论65-66
• 5.2 论文创新点66
• 5.3 不足及展望66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-75
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果75

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本文编号：1041802