竖向电缆燃烧实验与区域模拟研究

发布时间：2020-05-01 15:44

【摘要】：核能作为一种清洁、高效的能源,在全球新能源发展过程中具有重要的地位,同时核安全也日益成为人们关注的焦点。据调查显示,火灾事故是威胁核安全最主要事故之一,其中电缆导致的电气类火灾事故是核电站火灾事故的主要组成部分,所以研究影响电缆燃烧特性的参数对保障核安全具有重要的意义。另外,随着计算机模拟软件的快速发展,火灾数值模拟已成为火灾工程领域重要的研究方法。区域模型软件CFAST计算速度快,适用范围相对较广,可以直观得到用户设定的火灾中火灾参数随时间的变化,具有很好的工程应用价值,因而有必要对CFAST应用于竖向电缆燃烧的可靠性进行研究。2002年美国消防协会在颁布的《NFPA-805》中,提出将性能化防火标准应用到轻水堆核电厂的消防中,并指出进行防火设计的火灾模型必须要得到验证。本文研究了电缆间隙及封闭空间对竖向电缆燃烧过程的影响,同时基于封闭空间内竖向电缆燃烧实验,验证双区域模型模拟竖向电缆火灾动力学工程的可靠性,同时研究区域模型模拟竖向电缆燃烧时火源的最佳设置方案。为了研究电缆间隙及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实验。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的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,由于该区域范围较小,因而可以得到竖向电缆火灾过程基本符合区域模拟假设。基于封闭空间内竖向电缆燃烧实验,验证双区域模型模拟竖向电缆火灾动力学工程的可靠性。结果表明,将竖向电缆燃烧时的火源设为定点火源时,CFAST不能准确扑捉竖向电缆燃烧时的温度变化的趋势,但能很好的预测温度达到峰值的时间。然而,通过对源代码进行修改,将火源设置为随时间向上移动的火源时,CFAST能准确扑捉竖向电缆燃烧时的温度变化的趋势。因此对竖向电缆火灾过程的模拟预测,建议将其火源设置为随时间向上移动的火源。通过本文研究,进一步了解封闭空间内电缆的燃烧特性,对核电火灾风险评估具有一定的参考价值。同时,本文通过对双区域模型CFAST的程序进行修改,修正了其不能准确模拟竖向电缆的缺点,增强了双区域模型CFAST在模拟竖向电缆燃烧过程的准确性,为研究区域模型模拟竖向电缆燃烧时的火源提供了最佳设置方案。
【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

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本文编号：2646810