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综合管廊电力舱电缆火源蔓延特性及顶棚温度特征研究

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综合管廊电力舱电缆火源蔓延特性及顶棚温度特征研究

作者：许德胜北京工业大学

学位级别：硕士

城市地下综合管廊是一种现代化、集约化的城市基础设施,电力舱内因其所容纳的电缆存在电流短路、超负荷过热以及绝缘老化等问题,具有很高的火灾风险性。一旦某处发生火灾会迅速蔓延引燃周围的电缆,火灾控制不及时还会引起管廊坍塌灾害... 详细信息

城市地下综合管廊是一种现代化、集约化的城市基础设施,电力舱内因其所容纳的电缆存在电流短路、超负荷过热以及绝缘老化等问题,具有很高的火灾风险性。一旦某处发生火灾会迅速蔓延引燃周围的电缆,火灾控制不及时还会引起管廊坍塌灾害导致城市电力通信中断,造成严重的经济损失。目前对于综合管廊电力舱电缆燃烧特性以及密闭条件下火源蔓延特性及温度分布规律还未明确,综合管廊电力舱仍存在巨大的火灾威胁,因此有必要对管廊电缆火灾系统性地开展探究。本文从理论模型对电缆燃烧以及综合管廊电力舱火灾温度场分布进行了分析。并结合缩尺寸实验研究手段,对电力舱电缆的燃烧特性、火焰蔓延特征及顶棚射流温度场分布规律进行了系统的研究。主要工作描述如下:(1)针对目前电缆火灾的研究手段(通过油池火持续引燃或采用辐射加热)难以反映电缆自身的燃烧特性的问题,研究选用不同规格的YC橡胶绝缘铜芯电缆进行无辅助加热燃烧实验。根据实验现象将电缆燃烧的火源行为特征划分为五个阶段:点燃、单火源发展阶段、过渡阶段、双火源发展阶段以及双火源衰退阶段。提出了电缆等天然高分子化合物燃烧热释放速率的计算模型,经过对比验证,发现准确性较高。可以定量的表征了电缆火灾的严重性,为研究火源功率与火灾特性的关系奠定了基础。研究结果表明,电缆直径以及铜芯数量的增加会加剧电缆燃烧程度,电缆总燃烧时间、耗氧量、热释放速率以及质量损失速率也会随之增长,火灾危害性更大。(2)根据实验研究获取了电缆燃烧时的火焰特性参数并引入无量纲火源功率,提出了单根电缆燃烧最大火焰高度的无量纲预测公式。结果表明火源功率的升高会使火焰高度、水平蔓延速度以及火焰面积呈现增大的趋势,最大火焰高度、水平蔓延速度和火焰面积分别为8.83 cm、8.83 cm/s和18.21 cm。当多根电缆之间的竖向间距增大时,火焰高度以及蔓延速度均呈现增长趋势,且会出现火焰分层现象,上层电缆火焰水平蔓延最快,其次是中间层,底层相对蔓延较慢。(3)采用实验结合相关理论提出顶棚最高温升预测模型。开展了小尺寸密闭电力舱电缆近壁火火灾实验,并与隧道近壁火火灾理论相结合。考虑火源功率、近壁横向距离以及电缆竖向高度等因素对的影响,提出了密闭电力舱电缆近壁火顶棚高温升计算模型,对比发现,该模型的预测值要低于部分前人研究的经验公式,表明此模型更适用于电缆在密闭环境条件下无辅助加热燃烧的火灾场景。(4)通过缩尺寸实验继续探究了顶棚最高温升的纵向衰减趋势。结果表明,火源功率、电缆竖向高度以及近壁横向距离对于无量纲最高温升纵向分布的影响可以忽略,与无量纲纵向距离成双指数衰减趋势。提出了密闭电力舱近壁火最高温升纵向衰减预测模型。将模型预测结果与实验值和前人模型的预测值进行对比,发现其准确性较高,更适用于矩形断面管廊在密闭环境条件下的火灾研究。研究结果对于城市综合管廊电力舱火灾的预防和控制策略的制定具有重要的参考价值。

关键词：综合管廊电力舱火焰蔓延顶棚温度电缆火灾

隧道内偏置火源顶棚近壁面温度边界层效应研究

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中国安全生产科学技术 2019年第12期15卷 36-40页

作者：胡嘉伟毛军郗艳红刘斌林振瑶李桂强郭汝杰北京交通大学土木建筑学院北京100044 深圳市交通公用设施建设中心广东深圳518040

基于隧道火灾不同横向火源位置的非对称卷吸影响,通过模拟计算分析了中心火源和偏置火源产生的烟气沿纵向最大温升变化规律,研究了顶棚下方近壁面区域内的不同温度分布,提出偏置火源纵向空间最大顶棚温升公式。结果表明:在壁面黏性作用... 详细信息

基于隧道火灾不同横向火源位置的非对称卷吸影响,通过模拟计算分析了中心火源和偏置火源产生的烟气沿纵向最大温升变化规律,研究了顶棚下方近壁面区域内的不同温度分布,提出偏置火源纵向空间最大顶棚温升公式。结果表明:在壁面黏性作用下,沿纵向蔓延的烟气最高温度在顶棚下方呈现“温度边界层”分布;随着火源位置的偏移,下游出现偏置距离起主导作用影响温度衰减的区域,衰减速度相较于中心火源逐渐降低;火源下游近壁面最高温度位置逐渐远离顶棚后趋于稳定。研究结果对于排烟方式的设计以及空间通风效果的提升有着重要意义。

关键词：隧道火灾偏置火源顶棚温度温度边界层

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地铁换乘口火灾时顶棚最高温度计算

消防科学与技术 2016年第8期35卷 1054-1057页

作者：陈奕岑蒋军成周汝吴凡石朗君南京工业大学安全科学与工程学院江苏南京210009 江苏省城市与工业安全重点实验室江苏南京210009

FDS模拟地铁枢纽站换乘口火灾,计算不同补风条件下火源上方顶棚不同位置温度分布。将数值模拟结果分别与Alpert和Kuroki提出的经验公式的计算结果进行对比,并在Alpert公式基础上,提出一种包含弗劳德数和经验常数的预测公式。结果表明,... 详细信息

FDS模拟地铁枢纽站换乘口火灾,计算不同补风条件下火源上方顶棚不同位置温度分布。将数值模拟结果分别与Alpert和Kuroki提出的经验公式的计算结果进行对比,并在Alpert公式基础上,提出一种包含弗劳德数和经验常数的预测公式。结果表明,该公式相比于已有的经验公式有着更高的预测准确度。

关键词：地铁站火灾顶棚温度 FDS 预测公式

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室内沙发燃烧的全尺寸实验和数值模拟

燃烧科学与技术 2005年第3期11卷 208-213页

作者：张和平徐亮杨昀王蔚朱五八中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230027

在ISO9705标准的全尺寸燃烧间(3.6m×2.4m×2.4m)内对单人沙发进行全尺寸火灾实验模拟,测量了沙发燃烧的热释放速率、室内烟气温度分布等火灾参数,分析比较了它们之间的关系,同时也用数值模拟的方法对聚氨酯(PUF)材料燃烧占支配地位的... 详细信息

在ISO9705标准的全尺寸燃烧间(3.6m×2.4m×2.4m)内对单人沙发进行全尺寸火灾实验模拟,测量了沙发燃烧的热释放速率、室内烟气温度分布等火灾参数,分析比较了它们之间的关系,同时也用数值模拟的方法对聚氨酯(PUF)材料燃烧占支配地位的沙发燃烧过程进行了模拟,计算得到了沙发燃烧的热释放速率、室内温度场分布和烟气中性面高度.结果表明,计算得到的热释放速率、温度分布和烟气中性面高度与实验测得的结果比较吻合.

关键词：火灾实验沙发热释放速率顶棚温度数值模拟

不同风速作用下单侧开口大空间烟气温度分布特性模拟研究

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火灾科学 2023年第4期32卷 244-251页

作者：戴程呈李元洲单晓玉中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

船舶是海上运输的重要工具,火灾事故频发。与陆地建筑不同,海上时常伴有环境风,研究环境风对舱室火灾发展过程的影响具有重要意义。以某船舱为原型,利用FDS模拟,建立了1∶4小尺度单侧开口大空间模型,研究了7种不同环境风速作用下舱室内... 详细信息

船舶是海上运输的重要工具,火灾事故频发。与陆地建筑不同,海上时常伴有环境风,研究环境风对舱室火灾发展过程的影响具有重要意义。以某船舱为原型,利用FDS模拟,建立了1∶4小尺度单侧开口大空间模型,研究了7种不同环境风速作用下舱室内温度变化规律。结果表明,外界存在环境风时,火焰会向开口方向倾斜,风速越大,倾斜角度越大,火源中心线温度、顶棚温度随着风速的增加而降低。而当风速超过3.00 m/s时,风速变化对于温度变化影响逐渐减小,正向环境风对于顶棚纵向温度影响更加明显。对顶棚纵向温度进行无量纲处理,得到了顶棚温度的衰减规律及顶棚下最高温度与弗劳德数的无量纲关系式。

关键词：舱室火灾单侧开口环境风顶棚温度

无纵向通风曲线隧道和直线隧道火灾烟气特性数值模拟

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消防科学与技术 2021年第4期40卷 509-513页

作者：王舒梦牛国庆陈祉颖郭宸玮河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003

基于数值模拟的方法,采用PyroSim软件搭建半径分别为250、300、400、500、600 m的曲线隧道模型及长度为130.8 m的直线模型,模拟隧道火灾发生后无纵向通风时的烟气运动,对比分析两种模型中心线上不同高度的烟气温度。模拟分析得到:火灾前... 详细信息

基于数值模拟的方法,采用PyroSim软件搭建半径分别为250、300、400、500、600 m的曲线隧道模型及长度为130.8 m的直线模型,模拟隧道火灾发生后无纵向通风时的烟气运动,对比分析两种模型中心线上不同高度的烟气温度。模拟分析得到:火灾前期,直线模型中烟气蔓延时基本关于隧道中心线对称,而曲线模型中烟气运动时在上游偏向凹壁下游偏向凸壁;达到稳定状态时,直线模型中火源正上方温度高于曲线模型,无论近火源区还是远火源区,直线模型温度纵向分布关于火源位置均具有很好的对称性,而曲线模型中表现为近火源区波动较大,远火源区温度衰减梯度大于直线模型,1.6 m高度上游温度衰减梯度大于下游;提出曲线模型中顶棚温度纵向衰减指数模型。

关键词：隧道火灾直线隧道曲线隧道顶棚温度烟气运动

倾斜角度对巷道输送带火灾影响的数值模拟研究

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煤炭技术 2022年第10期41卷 101-105页

作者：马砺张晓龙刘尚明范新丽周建西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 西安科技大学陕西省煤火灾害防控重点实验室西安710054 山东能源集团有限公司济南250014

为研究倾斜角度对巷道输送带火灾温度分布及烟气蔓延的影响规律,采用FDS模拟软件建立巷道模型,研究0.5、1 MW火源功率下,不同倾斜角度对巷道顶棚温度分布和衰减规律、输送带火灾燃烧特性以及烟气蔓延的影响。结果表明:上行通风时,巷道... 详细信息

为研究倾斜角度对巷道输送带火灾温度分布及烟气蔓延的影响规律,采用FDS模拟软件建立巷道模型,研究0.5、1 MW火源功率下,不同倾斜角度对巷道顶棚温度分布和衰减规律、输送带火灾燃烧特性以及烟气蔓延的影响。结果表明:上行通风时,巷道倾斜角度越大,同一位置顶棚温度越低,顶棚温度变化呈指数式衰减,衰减系数k与倾斜角度为线性相关关系;相同火源功率下,倾斜角度越大,输送带燃烧距离越长;随着巷道倾斜角度增加,烟气逆流长度逐渐减小,倾斜角度由0°增加到10°,0.5 MW火源功率下烟气逆流长减小0.9 m,1 MW火源功率下烟气逆流长度减小0.8 m。

关键词：输送带火灾倾斜角度顶棚温度烟气蔓延

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飞机货舱低气压环境对火灾探测参量影响研究

火灾科学 2016年第4期25卷 213-217页

作者：王洁潘杨月郑荣陆松武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430081 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

旨在为飞机货舱火灾探测系统设计和研制提供理论支撑,在飞机货舱环境模拟实验舱内开展了70kPa、80kPa、90kPa和100kPa下正庚烷火灾实验,分析了低气压环境对顶棚温度、烟气密度和气体浓度火灾探测参量的影响规律。低压下空气密度较小,卷... 详细信息

旨在为飞机货舱火灾探测系统设计和研制提供理论支撑,在飞机货舱环境模拟实验舱内开展了70kPa、80kPa、90kPa和100kPa下正庚烷火灾实验,分析了低气压环境对顶棚温度、烟气密度和气体浓度火灾探测参量的影响规律。低压下空气密度较小,卷吸系数减小,导致顶棚最高温升增加,顶棚温度衰减变快。同时,低压下烟气密度降低,并与压力呈指数关系,指数系数约为0.946,扩展了前人研究结果的应用范围。CO浓度最大值随压力降低而增加,且CO增长速率与压力呈负指数关系。CO2增长速率随着压力降低而略有减小。

关键词：飞机货舱低气压环境火灾探测顶棚温度烟气密度

基于PyroSim的不同曲率弯曲隧道火灾特性研究

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消防科学与技术 2024年第3期43卷 309-313页

作者：赵晓坤倪铭昊山西大同大学煤炭工程学院山西大同037000

为探究弯曲隧道的火灾特性,研究曲率对弯曲隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件PyroSim,对不同曲率弯曲隧道的临界风速、温度分布、烟气蔓延规律及顶棚温度衰减规律进行研究。结果表明:在同一火源功率和火源位置的情况下... 详细信息

为探究弯曲隧道的火灾特性,研究曲率对弯曲隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件PyroSim,对不同曲率弯曲隧道的临界风速、温度分布、烟气蔓延规律及顶棚温度衰减规律进行研究。结果表明:在同一火源功率和火源位置的情况下,临界风速与隧道曲率呈正相关性;由于壁面沿程阻力的特殊性,弯曲隧道内高温烟气在隧道内侧的传播速度更快,并且随着火灾持续时间增加,隧道两侧烟气传播速度的差距增大;火灾的顶棚温度衰减与曲率呈正相关,给出了曲率为0.6%、0.5%、0.3%、0.25%、0.14%的顶棚温度衰减预测模型。

关键词：弯曲隧道隧道火灾 PyroSim 曲率临界风速顶棚温度