压力和氧浓度对PE导线火蔓延及燃烧特性影响研究
发布时间：2020-06-06 16:08
【摘要】：生产和生活领域中普遍存在着特殊环境,如核电站安全壳打压期间的高压环境,高压氧舱工作状态下的高压高氧环境,高原地区的低压低氧环境,特殊环境中的可燃物燃烧特性和火蔓延特性亟待深入与全面的研究。本文以导线(常见的可燃物)为研究对象,具体材料为聚乙烯(PE)绝缘铜芯导线,利用实验和理论相结合的研究方法,对环境压力、环境氧浓度和环境辐射强度等特殊条件下的导线热解特性、燃烧特性和火蔓延特性进行研究分析,主要的研究内容和结论如下:探明了升温速率、环境气氛和辐射强度对PE铜芯导线绝缘材料热解特性的影响规律。通过热重红外联用仪对不同升温速率和不同环境氛围下的材料热解特性进行研究,另外,通过FPA装置对不同辐射强度下的导线热解特性进行研究。结果表明,(1)随着升温速率的增加,绝缘材料的失重和失重速率曲线均向高温区移动,根据热解动力学方法求得材料的活化能,其值约为253.8kJ/mol;(2)氮气氛围下,热失重速率曲线只出现一个峰,热解产物主要包括CO2、H2O、HC1、C=O、C=C、-OH,在空气氛围下,质量损失速率曲线出现两个峰,热解过程持续时间更长,热解产物也有所不同,主要是CO2气体、少量的H2O和HCl;(3)随着辐射通量的增加,热解开始的时间提前,分解完成所需时间减小,平均热释放速率与辐射热通量呈线性关系,据此线性关系可求出材料的汽化热为2.48kJ/g。分析了环境氧浓度和辐射强度对PE铜芯导线燃烧特性的影响机制,发现了极限氧浓度、点燃时间、质量损失速率、热释放速率、有效燃烧热及烟产生速率等燃烧参数值在不同氧浓度和辐射环境中的变化规律。结果表明,极限氧浓度和点燃时间均随着辐射强度的增加而降低,其中点燃时间与辐射强度的-1次方成正比。质量损失速率随着氧浓度和环境辐射强度的增加均变快,其中各氧浓度对应的平均质量损失速率与环境辐射强度呈线性关系,据此可得到各氧浓度条件下的热阻碍系数,且氧浓度增加导致热阻碍系数变大。热释放速率和CO2产生速率在氧浓度和环境辐射强度耦合作用下变化规律相同,当辐射强度较低时,二者随着氧浓度的增加而变大,随着辐射强度的增加,热释放速率和CO2产生速率先增大后变小,在空气氛围下最大;在空气氛围下,二者随着环境辐射强度的增加而增加,但是在非空气氛围下则呈现出先增加后减小趋势,在辐射强度为35kW/m2时达到最大。有效燃烧热随着氧浓度的增加先增加后减小,并在空气氛围下达到最大;在氧浓度为18%和空气氛围下,随着辐射强度增加有效燃烧热变大,在30%和40%氧浓度条件下,其随着辐射强度呈先增后减规律,在辐射强度为35kW/m2时达到最大。烟产生速率随着氧浓度和辐射强度的增加均呈现变大的趋势。辐射强度的增加导致CO产生率变大;高氧和低氧浓度条件下的CO产生率均高于空气氧浓度下的值,即在低氧、高氧和高辐射这些特殊环境中,导线燃烧产生的CO毒性气体更多。研究了压力和倾斜角度对PE铜芯导线火蔓延的影响规律。在火焰形貌方面,当压力范围为40kPa-100kPa时,火焰底部出现蓝色区域,且随着压力的降低蓝色区域增大,但是当倾斜角度增加时,压力的降低并没有导致蓝色火焰区域的出现;当压力超过100kPa并继续增加时蓝色区域不再出现,火焰颜色由亮黄色向橘黄色转变。在火焰尺寸方面,导线水平火蔓延过程中的火焰高度随着压力先变高后降低,当压力为200kPa时达到最大值,火焰宽度随着压力的升高单调减小;对于倾斜状态下的导线火蔓延,火焰宽度随着压力的增加而变窄,火焰区的热解区域长度随着压力先变小后增大,且在常压状态下最小。在火蔓延速率方面,不论是水平还是倾斜火蔓延,压力对火蔓延速率均呈现促进的作用。另外,分别建立不同压力条件下的水平和倾斜状态下的导线火蔓延模型,其中水平火蔓延模型表明火焰对火焰前锋的传热在传热机制中占主导作用,倾斜角度和压力耦合作用下的火蔓延模型表明火焰前锋的对流传热在传热机制中占主导作用。本研究为高压、低压、高氧、低氧这些特殊条件下的导线火灾提供了基础性实验数据,同时为特殊条件下的火灾预防和安全设计建立了理论基础。
【图文】：
图１．１本研究技术路线示意图逡逑１．４文章章节安排逡逑根据上文中研宄内容和技术路线的描述，本文的章节安排如下：逡逑第１章为绪论，主要介绍了导线燃烧和火蔓延研宄的研宄背景、本文的研宄逡逑目标、研宄内容以及技术路线。逡逑第２章为文献综述，主要总结了前人在导线燃烧特性和火蔓延特性研究方面逡逑的研宄现状，，并得到前人研宄的不足。逡逑第３章为聚乙烯导线的热解实验。介绍了热重－红外联用仪装置，开展ＰＥ导逡逑线绝缘层材料热解实验和红外光谱实验，对ＴＧ／ＤＴＧ曲线进行分析，并求解主要逡逑动力学参数，通过对热解产物的红外光谱图进行分析，得到其热解产物成分；除逡逑了热重实验，在火焰增长量热仪中进行氮气氛围下的不同辐射强度条件下的热解逡逑实验，并得到导线的汽化热。逡逑第４章为聚乙烯导线的燃烧特性研[偂＝樯芰嘶鹧嬖龀ち咳纫牵缘枷呓绣义先忌帐笛椋圆煌跖ǘ群屯饨绶淝慷忍跫碌募扪跖ǘ取⒌闳际奔洹⒅柿垮义
本文编号：2699934
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图１．１本研究技术路线示意图逡逑１．４文章章节安排逡逑根据上文中研宄内容和技术路线的描述，本文的章节安排如下：逡逑第１章为绪论，主要介绍了导线燃烧和火蔓延研宄的研宄背景、本文的研宄逡逑目标、研宄内容以及技术路线。逡逑第２章为文献综述，主要总结了前人在导线燃烧特性和火蔓延特性研究方面逡逑的研宄现状，，并得到前人研宄的不足。逡逑第３章为聚乙烯导线的热解实验。介绍了热重－红外联用仪装置，开展ＰＥ导逡逑线绝缘层材料热解实验和红外光谱实验，对ＴＧ／ＤＴＧ曲线进行分析，并求解主要逡逑动力学参数，通过对热解产物的红外光谱图进行分析，得到其热解产物成分；除逡逑了热重实验，在火焰增长量热仪中进行氮气氛围下的不同辐射强度条件下的热解逡逑实验，并得到导线的汽化热。逡逑第４章为聚乙烯导线的燃烧特性研[偂＝樯芰嘶鹧嬖龀ち咳纫牵缘枷呓绣义先忌帐笛椋圆煌跖ǘ群屯饨绶淝慷忍跫碌募扪跖ǘ取⒌闳际奔洹⒅柿垮义
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