基于實驗與區(qū)域模型的受限空間多層電纜橋架火災研究.pdf

1、電纜是社會生產(chǎn)和日常生活中不可缺少的基礎設施之一。然而，電纜組成材料的易燃性導致電纜火災在世界各國頻繁發(fā)生，造成巨大損失。對于大量應用電纜的特殊場所核電廠，火災還可能導致安全停堆失效、氫氣爆炸甚至核事故等慘重后果。電纜火災已經(jīng)成為當前重要的研究課題之一。本文在大量調(diào)研國內(nèi)外文獻以及電纜防火設計規(guī)范的基礎上，結(jié)合實驗與火災區(qū)域模型，對受限空間內(nèi)多層電纜橋架的火災特性進行了研究。
　　實驗部分首先選用了市場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。針對多層電纜橋架火災，分別設計了自然通風條件和封閉條件下1層、2層、3層和4層電纜燃燒實驗，分析了通風條件以及多層橋架結(jié)構(gòu)對電纜火災行為的影響。由實驗結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，通風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)域模型的基本假設相符。
　　模擬部分選用應用廣泛的雙區(qū)域模型CFAST軟件，建立了與實驗條件基本相同的火災場景。首先，基于實驗所設計的電纜橋架，研究了區(qū)域模型中電纜橋架作為火源的最佳設置方案。然后，模擬各工況火災并與實驗數(shù)據(jù)進行了定性和定量比較，以驗證CFAST模擬橫向多層電纜火災的有效性和可靠性。結(jié)果表明，CFAST基本能夠?qū)崿F(xiàn)各種工況下模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的較好吻合。然而，在模擬受限空間內(nèi)低氧濃度火災時卻與實驗結(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)，在對原因進行深入分析之后提出了可能的修改方案。
　　最后，在模型可靠性驗證的基礎上，進行了典型核電廠電纜分布室多層橋架火災模擬。通過煙氣層溫度和高度、電纜熱釋放速率以及火災持續(xù)時間等火災危險性指標，分析了不同開口情況、機械通風風量對火災危險性的影響。結(jié)合蒙特卡洛模擬研究了目標電纜橋架點燃時間對各項因素的敏感性，發(fā)現(xiàn)最主要的三個影響因素分別為外部點火源與目標電纜的距離、通風口