不同通风状况下典型软垫家具火灾特性研究

摘要

软垫家具从上世纪七十年代末至今，国内外一些研究机构就软垫家具的引燃特性和点燃特性开展了研究，获得了部分有价值的研究成果，但是缺乏通风对软垫家具火灾特性影响研究，针对国内外研究不足，改造了ISO9705全尺寸热释放速率实验台燃烧室通风口，重点开展了这方面研究。本文选择当前中国家具市场上具有代表性和普遍性的软垫家具，运用小尺寸实验与全尺寸实验相结合的方法研究了软垫家具火灾特性。 在小尺寸实验中，利用锥形量热计在35kW/m<'2>的辐射强度下开展软垫家具制作材料的组合件火灾特性研究，获得了组合件的火灾特性参数，并评价软垫家具制作材料对其组合件火灾特性参数的影响。 在全尺寸实验中，基于ISO9705全尺寸热释放速率实验台，分别在燃烧室内和集烟罩下分别开展了软垫家具在受限空间和敞开空间内的火灾行为，实验结果给出：无论在受限空间内还是在敞开空伺内，面料对软垫家具的火灾特性产生明显影响，填料密度越大，软垫家具的热释放速率也越大，火灾危险性也越大；在本文所述的实验条件下，在受限空间内软垫家具燃烧过程中燃烧室顶棚烟气平均温度在热释放速率增长阶段成幂函数关系，在衰减阶段成线性关系；在燃烧充分条件下，CO/CO<,2>的质量比和CO标准状况下的生成率与热释放速率的比值也成线性关系。从理论和实验上分析了可燃物燃烧速率与通风状况、热反馈存在着关系，进一步利用数理统计分析相同的软垫家具分别在受限空间和敞开空间测得单人软垫家具在燃烧过程中热释放速率峰值之间关系：HRR<,ISO.MAX>/HRR<,FC.MAX>=2．0。进一步在燃烧室内研究通风条件对软垫家具的火灾特性影响，给出了热释放速率峰值与通风因子之间线性关系。 运用了FDS场模拟方法分别研究了受限空间和敞开空间内软垫家具火灾行为。通过比较分析发现，模拟中热释放速率峰值与实验值基本一致，能够很好模拟受限空间内软垫家具火灾动力学和热反馈的作用。 借助国外著名的NIST和CBUF两种小尺寸/全尺寸数据相关性模型，运用小尺寸实验中热释放速率峰值、点燃时间、到达热释放速率峰值时间、有效燃烧热等关键参数以及全尺寸软垫家具的特征参数，预测软垫家具全尺寸火灾时的热释放速率峰值和到达该峰值的时间，并对模型预测值和实际的全尺寸实验结果进行对比分析，指出了两种预测模型的特点、不足以及改进的方向。本文在Thomas模型的基础上，分析了软垫家具燃烧过程中对热释放速率的影响因素，分别给出了敞开空间和受限空间内的软垫家具热释放速率峰值预测公式，预测结果可以取得较高的精度。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1软垫家具火灾危害及伤亡统计

1.1.2典型的软垫家具

1.2前人工作

1.2.1理论研究

1.2.2实验研究

1.3研究目标和思路

1.4本文章节安排

参考文献

第二章实验装置与实验基础理论

2.1引言

2.2全尺寸热释放速率实验装置

2.2.1标准燃烧室

2.2.2大型量热计

2.2.3数据采集与处理系统

2.2.4通风口改造

2.3锥形量热计

2.4实验相关基础理论

2.4.1燃烧室的传热计算

2.4.2燃烧室的扩展计算

2.4.3热释放速率计算

2.5本章小结

本章符号

参考文献

第三章软垫家具材料小尺寸实验研究及理论分析

3.1引言

3.2实验条件及样品

3.2.1实验条件

3.2.2实验样品

3.3实验结果分析及讨论

3.3.1点燃时间及热释放速率

3.3.2质量损失速率

3.3.3烟气特性分析

3.4理论分析

3.4.1分析模型

3.4.2点燃时间预测

3.5本章小结

本章符号

参考文献

第四章软垫家具火灾特性全尺寸实验研究

4.1引言

4.2实验概述

4.2.1实验样品及工况

4.2.2点火源选择

4.2.3实验标定

4.3软垫家具火灾增长模式

4.4受限空间内软垫家具火灾实验结果

4.4.1热释放速率

4.4.2燃烧室内气体温度

4.4.3顶棚烟气温度

4.4.4门口中心温度

4.4.5烟气中O2、CO2和CO分析

4.5敞开空间内软垫家具火灾实验结果

4.5.1热释放速率

4.5.2烟气中O2、CO2和CO分析

4.6分析与讨论

4.6.1理论分析

4.6.2热释放速率增长特性分析

4.6.3两种空间内火灾特性比较

4.6.4制作材料因素分析

4.6.5热释放速率与其他参数之间关系

4.7本章小结

本章符号

参考文献

第五章软垫家具火灾特性数值模拟研究

5.1引言

5.2场模拟理论基础

5.3 FDS模拟参数选择

5.3.1输入参数

5.3.2计算网格尺寸选取

5.4 FDS模拟结果与实验比较

5.4.1家具量热仪模拟结果与实验比较

5.4.2 ISO9705模拟结果与实验比较

5.5本章小结

参考文献

第六章软垫家具火灾热释放速率预测模型

6.1引言

6.2国内外热释放速率预测模型适应性分析

6.2.1 NIST预测模型分析

6.2.2 CBUF预测模型分析

6.3软垫家具火灾热释放速率预测模型

6.3.1热释放速率峰值预测模型

6.3.2模型验证

6.4本章小结

本章符号

参考文献

第七章结论及展望

7.1全文总结

7.2主要成果和创新点

7.3未来工作展望

攻读学位期间发表的学术论文