水噴淋對(duì)豎直外壁面典型保溫材料燃燒蔓延抑制研究.pdf

1、能源是制約社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)（總量排全球第二），唯有節(jié)能減排才能保證經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。建筑節(jié)能是“節(jié)能減排”中重要一環(huán)，使用外墻有機(jī)保溫材料可有效實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。然而有機(jī)保溫材料很容易引燃并蔓延，造成極高的建筑火災(zāi)隱患。水噴淋是抑制和熄滅建筑保溫材料火最有效的技術(shù)手段之一，探索水噴淋對(duì)豎直外壁面典型保溫材料火抑制機(jī)理對(duì)設(shè)計(jì)、建立、優(yōu)化高效的水噴淋滅火系統(tǒng)具有重要意義。
　　本文采用實(shí)驗(yàn)研究與理論分析相

2、結(jié)合的方法，以典型熱固性保溫材料—硬質(zhì)聚氨酯材料為例，研究不同引燃位置下其燃燒火蔓延特性以及水噴淋對(duì)豎直硬質(zhì)聚氨酯材料燃燒的抑制規(guī)律，深入分析了熱解前鋒坡度對(duì)豎直逆流火蔓延影響以及噴淋流率、噴淋壓力、噴淋角度、外加輻射強(qiáng)度對(duì)水噴淋抑制豎直硬質(zhì)聚氨酯材料火的影響。
　　開(kāi)展了不同引燃位置下豎直硬質(zhì)聚氨酯材料火蔓延特性實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)火源位置位于樣品材料頂部時(shí)，第一階段側(cè)向火蔓延速度維持在0.27cm/s左右，第二階段側(cè)向火蔓延速度隨著

3、熱解前鋒坡度的增大而減小，且均比第一階段側(cè)向火蔓延速度慢。點(diǎn)火源位置位于材料上方中間、上方右邊和上方全部時(shí)的豎直向下火蔓延速度隨著熱解前鋒坡度的增大而增大。此外，進(jìn)行了熱解前鋒坡度對(duì)豎直硬質(zhì)聚氨酯材料第二階段逆流火蔓延影響的數(shù)值模擬，得出豎直向下火蔓延速度Vf，v～1/cosα，側(cè)向火蔓延速度Vf，h～1/sinα。計(jì)算表明不同熱解前鋒坡度的豎直向下和側(cè)向火蔓延速度的模擬值與實(shí)驗(yàn)值較接近。當(dāng)火源位置位于材料底部時(shí)，分別對(duì)下方中間、下方右

4、邊和下方全部三種工況的火焰高度、熱解前鋒高度進(jìn)行指數(shù)擬合，得到擬合指數(shù)排序?yàn)?下方全部＞下方右邊＞下方中間。相比之下，引燃位置處于材料下方全部時(shí)，危險(xiǎn)程度較高。另外，對(duì)這六種引燃位置下產(chǎn)生的熱流強(qiáng)度及有害氣體濃度進(jìn)行測(cè)量。
　　開(kāi)展了無(wú)外加輻射下水噴淋對(duì)豎直硬質(zhì)聚氨酯材料火抑制實(shí)驗(yàn)，分別研究揭示了噴淋流率、噴淋壓力及噴淋角度對(duì)其的影響規(guī)律。
　　噴淋流率對(duì)硬質(zhì)聚氨酯材料火抑制實(shí)驗(yàn)研究表明:噴嘴位置與硬質(zhì)聚氨酯材料的距離小于1

5、30cm(0.1365 gm-2s-1)時(shí)，攜帶風(fēng)作用比水噴淋抑火作用強(qiáng)，因而水噴淋流率增大，滅火效果不明顯。而噴嘴位置與硬質(zhì)聚氨酯材料的距離大于130cm時(shí)，攜帶風(fēng)作用明顯減弱，水噴淋抑火作用顯著。本實(shí)驗(yàn)條件下，噴淋流率為0.04583 gm-2s-1時(shí)，水噴淋抑制豎直硬質(zhì)聚氨酯材料火效果最佳。
　　噴淋壓力對(duì)硬質(zhì)聚氨酯/軟聚氨酯材料火的抑制影響實(shí)驗(yàn)研究表明:噴淋施加后，平均火焰高度、一氧化碳和氰化氫濃度峰值迅速降低。無(wú)論噴淋壓

6、力如何，硬質(zhì)聚氨酯材料產(chǎn)生的一氧化碳濃度峰值比軟聚氨酯燃燒產(chǎn)生的一氧化碳濃度峰值高。無(wú)論是軟聚氨酯材料火還是硬質(zhì)聚氨酯材料火，施加噴淋壓力越高，平均火焰高度越低，持續(xù)時(shí)間越短，F(xiàn)ij越小，F(xiàn)ij越大，滅火時(shí)間越短，但噴淋壓力從0.3MPa到0.4MPa的滅火時(shí)間變化不大。當(dāng)噴淋壓力大于0.3 MPa時(shí)，視角系數(shù)Fij和Fij可分別認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中可認(rèn)為0.3MPa是最優(yōu)噴淋壓力。此外，采用流體力學(xué)、傳熱學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)中涉及到的噴淋滅火

7、進(jìn)行分析，得到液滴駐留時(shí)間完全小于液滴加熱到蒸發(fā)溫度的時(shí)間和完全蒸發(fā)時(shí)間之和。因此，材料表面冷卻在水噴淋抑制軟聚氨酯和硬質(zhì)聚氨酯材料燃燒中占主導(dǎo)地位。
　　噴淋角度、噴淋壓力對(duì)豎直硬質(zhì)聚氨酯材料火的抑制實(shí)驗(yàn)研究表明:施加噴淋后所測(cè)一氧化碳濃度峰值迅速下降，且噴淋角度為30度時(shí)比噴淋角度為0度時(shí)下降更快。此外，噴淋角度為0度時(shí)，煙氣濃度特征值M或Y、滅火時(shí)間等均比噴淋角度為30度時(shí)大?？偟膩?lái)說(shuō)，噴淋角度為30度時(shí)比噴淋角度為0度時(shí)滅

8、火效果好。
　　開(kāi)展了外加輻射下水噴淋對(duì)硬質(zhì)聚氨酯材料火抑制作用實(shí)驗(yàn)，研究表明，無(wú)論水噴淋施加與否，硬質(zhì)聚氨酯材料燃燒速率與外加輻射呈線性關(guān)系，即:m"～q"e/Lv;當(dāng)對(duì)外加輻射下的硬質(zhì)聚氨酯材料火施加水噴淋時(shí)，到達(dá)燃燒的硬質(zhì)聚氨酯材料表面的液滴處于部分蒸發(fā)狀態(tài)。另外，對(duì)不同噴淋流率下的材料臨界燃燒速率進(jìn)行了數(shù)值模擬，并分別研究了水噴淋對(duì)硬質(zhì)聚氨酯材料火的控制效果R1、水噴淋有效施加率R2和單位可燃質(zhì)量所需水量R3與外加輻射強(qiáng)度