两面临空薄型可燃物竖向燃烧特性实验与理论研究

摘要

近几年,我国发生了多起严重的可燃物竖向燃烧火灾事故,给人民的生命财产造成了巨大的伤害。薄型可燃物竖向火蔓延特性成为了新的研究课题,研究多集中于木质材料的贴壁燃烧,关注于可燃物在不同条件下的点燃特性,而对薄型可燃物竖向燃烧火蔓延特性的定量分析和理论研究深度不够,尤其对两面临空薄型可燃物竖向燃烧与火蔓延特性研究欠缺,不能满足现代大空间、特殊功能或特殊造型建筑防火设计的理论与技术需要。
　　为了研究两面临空薄型可燃物的竖向燃烧与火蔓延特性,弥补理论研究不够的空白,本文在现有研究基础之上,基于两面临空薄型可燃物竖向燃烧火蔓延痕迹,建立了两面临空薄型可燃物竖向火蔓延物理数学模型,并设计了两面临空中等尺寸薄型可燃物竖向燃烧实验,开展了八组不同材质薄型可燃物竖向燃烧实验,对物理数学模型的可靠性进行验证;参照薄型可燃物竖向燃烧实验相关参数,初步选择数值模拟软件 Simtec并建立了两面临空薄型可燃物竖向燃烧计算模型,探究了两面临空薄型可燃物竖向燃烧数值模拟方法并对理论模型准确性再次验证,得到以下结论:
　　棉质类薄型可燃物被点燃撤去火源后,能够自行维持燃烧且试件下端出现轻微蜷缩,火焰在竖直方向上加速蔓延,竖向火蔓延速度比水平火蔓延速度快得多,火焰体由倒V型变为柱形,之后逐渐变化并维持为V型,直至可燃物被撕裂成左右两块;塑料类薄型可燃物引燃后,虽然能够自行维持燃烧,但燃烧较为缓慢,火焰体较小,燃烧过程中产生燃烧滴落物,火焰蔓延变化无规律,装饰灯布、商场广告布、投影布不能被点火源引燃,不能实现续燃;
　　通过软件orign8.5.1拟合出了薄型可燃物竖向燃烧中质量、质量损失速率、火焰前锋位置、火焰蔓延速度、加速度随时间变化的曲线方程,它们均可表示为点燃后时间t的幂函数,相关系数R2均在0.98以上;基于两面临空薄型可燃物竖向燃烧火蔓延痕迹,建立的竖向火蔓延加速度模型经实验验证能够成立,理论模型与实验结果基本吻合,可得两面临空薄型可燃物竖向火蔓延加速度af随点燃时间(引燃时间t1与火蔓延时间t之和)变化关系式。
　　Simtec软件数值模拟两面临空薄型可燃物竖向燃烧,预测的材料表面最高温度950℃比实验结果850℃高11％,竖直火蔓延呈现加速态势,竖向火蔓延火焰前锋位置、火蔓延速度、竖向火蔓延加速度均可表示为点燃后时间t的幂函数,火蔓延加速度为21.659af(t)=-0.644×(t+9)-2+[0.00121/(0.0057×0.341)](t+9)-1.659,与理论模型相吻合,再次验证了理论模型的正确性,Simtec软件再现两面临空薄型可燃物竖向燃烧过程,与实验结果基本一致,该软件适用于两面临空薄型可燃物竖向燃烧数值模拟。

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1 绪论

1.1 薄型可燃物的火灾危害（Fire Hazard of Thermal Thermal thin materials）

1.2 国内外薄型材料竖向燃烧研究现状(Current Research of Thermal

1.3 研究内容(Research Content)

1.4 研究方法及路线(Research Method and Roadmap)

2 薄型可燃物竖向火蔓延数学模型

3 薄型可燃物竖向燃烧特性实验研究及物理数学模型验

3.1 薄型可燃物竖向燃烧特性参数研究方法(Methods for Study of Vertical Fire Characteristic Parameters)

3.2 实验内容(Experiment Contents)

3.3 实验器材(Experiment Equipment)

3.4 实验方案设计(Experiment Design)

3.5 实验步骤(Experimental Procedure)

3.6 实验材料的选择及其样品处理(Sample Selection and Material Handling)

3.7 实验分布(Experimental Classification)

3.8 实验工况及热电偶配置(Conditions of Experiment and Thermocouple Arrangement)

3.9 实验结果与分析(Analysis of Experimental Results)

3.10实验验证数学模型 (Experimental Vertification of Mathematical Modle)

3.11本章结论(Summary)

4 薄型可燃物竖向燃烧数值模拟研究

4.1 火灾发展数值模拟分析(Simulation Analysis on Fire Spread)

4.2 薄型可燃物竖向燃烧的 Simtec 数值模拟(Simtec Simulation of Vertical Fire Spread of Thermal Thin Material)

4.3 本章结论 (Conclusions)

5 结论与展望

5.1 本文结论(Conclusions)

5.2 本文的主要创新点(Innovative Points)

5.3 研究展望(Prospect)

参考文献

作者简历

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