燃料覆盖率对非连续分布固体竖向火蔓延的影响

摘要：

非连续分布固体燃料是指多个固体可燃物非常靠近但被气隙隔开的状态,与连续分布燃料相比,非连续分布燃料更能够代表一些现实的火灾情况,以往的研究中较少涉及.笔者通过实验的方法分析不同燃料覆盖率下固体燃料竖直向上火焰蔓延的特点.所选用的浇筑型聚甲基丙烯酸甲酯(简称"PMMA")材料广泛应用于高层建筑外立面中,呈现出一种非连续分布的状态.对PMMA材料在建筑外立面的应用进行合理简化,使用防火背板、钢制底座、钢制支架搭建非连续分布固体燃料PMMA竖向火蔓延实验平台,开展10％～90％不同燃料覆盖率下固体燃料竖向火蔓延实验,基于固体点燃模型和固体表面顺流火蔓延模型,将得到的数据进行对比,分析燃料覆盖率对火焰形态、火焰高度、质量损失速率、热解前锋位置和火蔓延速率等参数的影响.同时,结合以往对固体燃料竖向火蔓延行为规律的认识,得出稳定阶段火焰高度和平均质量损失速率之间的数学关系.最后通过拟合给出平均火蔓延速率与燃料覆盖率之间的预测方程,并由此预测其他工况下的火焰蔓延速率.由相应的实验工况结果可知,当燃料覆盖率处于10％及以下,火焰无法顺利地向上蔓延;当燃料覆盖率处于30％及以下时,火焰在向上蔓延的过程中,出现"火焰分裂"的现象;当燃料覆盖率为50％及以下时,热解进程出现"点燃滞后"的现象,即当热解前锋到达第一层燃料的上边缘后,第二层燃料表面需要持续吸收一段时间的热量后才能够发生热解;稳定燃烧阶段火焰高度与平均质量损失速率满足一定的正比关系;由平均火蔓延速率与燃料覆盖率之间的拟合公式可以预测出,燃料覆盖率为62.55％时将会达到最大火蔓延速率.火焰高度和质量损失速率随着燃料覆盖率的增加,由于更多的燃料参与热解,产生更多可燃气体,但同时有限的氧气会使燃烧变成通风控制状态,无法充分燃烧,因此二者之间的竞争关系使火焰高度和质量损失速率均表现出先增加后减小的趋势,并在覆盖率为60％时达到峰值.随着燃料覆盖率的增加,热解所需时间呈先减小后增大的趋势.燃料覆盖率为60％时,热解所需时间最短.燃料覆盖率在50％及以下时,由于固体表面能够接收到来自火焰体的热通量减少,需要更多的时间达到热解温度,热解进程出现明显滞后现象,热解不再连续.对于使用在建筑外立面的PMMA材料,其火蔓延行为将受到燃料覆盖率的影响,合理地设置PMMA材料的覆盖率对建筑外立面防火设计具有指导意义.

关键词：燃料覆盖率;非连续分布;火蔓延;PMMA

所属期刊栏目：41

分类号：X913.4;O643.2(安全科学基础理论)

资助基金：应急管理部消防救援局科技计划项目ZIY2000001

在线出版日期：2022-03-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：201-205