PVC/LDH电缆材料的火灾蔓延特性数值模拟

摘要

随着科学技术和社会经济的发展，各种用电设备的使用日益增多，电缆的使用量也随着增多，使得电缆火灾的发生也随之增加，给社会造成了巨大的经济损失和人员伤亡。电缆主要由线芯和外保护层材料组成，外保护层材料的燃烧特性直接影响着电缆的火灾特性，因此可以通过在外保护层材料中加入阻燃剂来改变电缆的阻燃抑烟性能，所以研究不同外保护层材料的阻燃抑烟特性具有非常重要的意义。
　　 聚氯乙烯(PVC)作为电线电缆外层最常用的材料之一，除具有良好的耐热性、韧性和延展性外，还具有良好的绝缘功能和阻燃特性，因此被广泛应用于电缆保护层材料和防火材料。但由于PVC材料中含有大量的氯元素，燃烧过程中散发出的大量浓烟不仅会让人窒息，影响能见度，还会产生HCl气体和一些致癌物质，比如二恶英，对环境造成严重危害。
　　 纳米双氢氧化物(LDH)作为阻燃抑烟剂的研究重点，其具有的特殊结构能够表现出良好的阻燃抑烟性能。在聚合物中添加LDH可以减少氯化氢的释放量，提高碳骨架分解的起始温度，降低聚合物燃烧烟密度，分解产生的LDO在聚合物的热分解过程中起着重要的稳定作用。因此其具有重要的研究意义。
　　 本文主要是通过在电缆保护层聚氯乙烯中加入LDH阻燃材料，利用FDS软件模拟LDH阻燃材料和非LDH阻燃材料在不同条件下的火灾蔓延特性。首先，通过分析电缆火灾的形成原因和聚合物的燃烧机理，结合近几年来纳米LDH的研究成果，把LDH作为阻燃剂添加到电缆保护层中，通过实验得出两种材料的热释放速率、密度和比热等参数。其次，通过设定不同的边界条件、材料参数和通风条件建立FDS模型。最后，通过分析模拟结果对比两种电缆材料的阻燃抑烟特性。
　　 应用origin软件分析材料燃烧过程中的数据，得出氧气浓度、烟气浓度、环境温度和燃烧热释放速率曲线。结果表明，LDH阻燃材料的阻燃特性不仅表现在可以降低PVC/LDH的热释放速率还表现在氧气消耗量和烟气浓度的减少，环境温度的降低。这充分说明了LDH阻燃材料阻燃抑烟特性，因此可以给火灾扑救和人员逃生提供更多的有效时间。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 电缆火灾的研究意义

1．2 电缆火灾的形成原因

1．2．1 内部电缆火灾

1．2．2 外部电缆火灾

1．3 电缆火灾的危害性

1．4 电缆防火性能分析

1．4．1 防火机理分析

1．4．2 电缆燃烧特性分类及特性

1．5 国内外阻燃剂研究现状

1．5．1 有机阻燃抑烟剂

1．5．2 无机阻燃抑烟剂

1．5．3 纳米阻燃抑烟剂

1．5．4 卤素阻燃剂

1．6 本论文的研究内容

2 层状双氢氧化物的选择

2．1 纳米双氢氧化物

2．2 聚合物的燃烧过程

2．3 LDH的阻燃机理

3 模拟软件的选择

3．1 火灾有限元模拟软件

3．2 FDS软件介绍

4 试验模型的创建

4．1 设置空间尺寸

4．2 设置模拟时间

4．3 定义栅格单元尺寸

4．4 火源设置

4．4．1 火源位置的设置

4．4．2 火源大小的设置

4．5 创建电缆线

4．6 定义边界条件

4．6．1 定义材料

4．6．2 定义物理量

5 实验数据处理与分析

5．1 电缆盒内PVC电缆材料的FDS模拟结果

5．1．1 LDH阻燃电缆火灾模拟图分析

5．1．2 LDH阻燃电缆火灾模拟结果曲线分析

5．2 配电室PVC电缆材料的FDS模拟结果

5．2．1 LDH阻燃与非LDH阻燃材料对比分析

5．2．2 LDH阻燃材料不同风速HRR对比分析

5．2．3 特定条件下不同高度氧气、烟气对比分析

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢