基于實(shí)驗(yàn)與區(qū)域模型的受限空間多層電纜橋架火災(zāi)研究.pdf

1、電纜是社會(huì)生產(chǎn)和日常生活中不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施之一。然而，電纜組成材料的易燃性導(dǎo)致電纜火災(zāi)在世界各國(guó)頻繁發(fā)生，造成巨大損失。對(duì)于大量應(yīng)用電纜的特殊場(chǎng)所核電廠，火災(zāi)還可能導(dǎo)致安全停堆失效、氫氣爆炸甚至核事故等慘重后果。電纜火災(zāi)已經(jīng)成為當(dāng)前重要的研究課題之一。本文在大量調(diào)研國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)以及電纜防火設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)與火災(zāi)區(qū)域模型，對(duì)受限空間內(nèi)多層電纜橋架的火災(zāi)特性進(jìn)行了研究。
　　實(shí)驗(yàn)部分首先選用了市場(chǎng)上廣泛使用的兩種典型阻燃和非

2、阻燃電纜，討論了二者在火蔓延特性方面的區(qū)別。針對(duì)多層電纜橋架火災(zāi)，分別設(shè)計(jì)了自然通風(fēng)條件和封閉條件下1層、2層、3層和4層電纜燃燒實(shí)驗(yàn)，分析了通風(fēng)條件以及多層橋架結(jié)構(gòu)對(duì)電纜火災(zāi)行為的影響。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)條件影響電纜周圍氧氣和煙氣濃度，從而影響熱釋放速率;多層電纜燃燒過(guò)程存在耦合性，質(zhì)量損失速率等參數(shù)和橋架層數(shù)并不成正比關(guān)系。此外，測(cè)量了室內(nèi)不同高度處的氣體溫度，發(fā)現(xiàn)垂直分布的溫度場(chǎng)出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象，即上層高溫區(qū)和下層低溫區(qū)，這一

3、結(jié)果與區(qū)域模型的基本假設(shè)相符。
　　模擬部分選用應(yīng)用廣泛的雙區(qū)域模型CFAST軟件，建立了與實(shí)驗(yàn)條件基本相同的火災(zāi)場(chǎng)景。首先，基于實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的電纜橋架，研究了區(qū)域模型中電纜橋架作為火源的最佳設(shè)置方案。然后，模擬各工況火災(zāi)并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了定性和定量比較，以驗(yàn)證CFAST模擬橫向多層電纜火災(zāi)的有效性和可靠性。結(jié)果表明，CFAST基本能夠?qū)崿F(xiàn)各種工況下模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的較好吻合。然而，在模擬受限空間內(nèi)低氧濃度火災(zāi)時(shí)卻與實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較

4、大，這與CFAST中熱釋放速率模型引入的低氧濃度限制有關(guān)，在對(duì)原因進(jìn)行深入分析之后提出了可能的修改方案。
　　最后，在模型可靠性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了典型核電廠電纜分布室多層橋架火災(zāi)模擬。通過(guò)煙氣層溫度和高度、電纜熱釋放速率以及火災(zāi)持續(xù)時(shí)間等火災(zāi)危險(xiǎn)性指標(biāo)，分析了不同開(kāi)口情況、機(jī)械通風(fēng)風(fēng)量對(duì)火災(zāi)危險(xiǎn)性的影響。結(jié)合蒙特卡洛模擬研究了目標(biāo)電纜橋架點(diǎn)燃時(shí)間對(duì)各項(xiàng)因素的敏感性，發(fā)現(xiàn)最主要的三個(gè)影響因素分別為外部點(diǎn)火源與目標(biāo)電纜的距離、通風(fēng)口