【摘要】：生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中普遍存在著特殊環(huán)境,如核電站安全殼打壓期間的高壓環(huán)境,高壓氧艙工作狀態(tài)下的高壓高氧環(huán)境,高原地區(qū)的低壓低氧環(huán)境,特殊環(huán)境中的可燃物燃燒特性和火蔓延特性亟待深入與全面的研究。本文以導(dǎo)線(常見(jiàn)的可燃物)為研究對(duì)象,具體材料為聚乙烯(PE)絕緣銅芯導(dǎo)線,利用實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的研究方法,對(duì)環(huán)境壓力、環(huán)境氧濃度和環(huán)境輻射強(qiáng)度等特殊條件下的導(dǎo)線熱解特性、燃燒特性和火蔓延特性進(jìn)行研究分析,主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:探明了升溫速率、環(huán)境氣氛和輻射強(qiáng)度對(duì)PE銅芯導(dǎo)線絕緣材料熱解特性的影響規(guī)律。通過(guò)熱重紅外聯(lián)用儀對(duì)不同升溫速率和不同環(huán)境氛圍下的材料熱解特性進(jìn)行研究,另外,通過(guò)FPA裝置對(duì)不同輻射強(qiáng)度下的導(dǎo)線熱解特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明,(1)隨著升溫速率的增加,絕緣材料的失重和失重速率曲線均向高溫區(qū)移動(dòng),根據(jù)熱解動(dòng)力學(xué)方法求得材料的活化能,其值約為253.8kJ/mol;(2)氮?dú)夥諊?熱失重速率曲線只出現(xiàn)一個(gè)峰,熱解產(chǎn)物主要包括CO2、H2O、HC1、C=O、C=C、-OH,在空氣氛圍下,質(zhì)量損失速率曲線出現(xiàn)兩個(gè)峰,熱解過(guò)程持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng),熱解產(chǎn)物也有所不同,主要是CO2氣體、少量的H2O和HCl;(3)隨著輻射通量的增加,熱解開(kāi)始的時(shí)間提前,分解完成所需時(shí)間減小,平均熱釋放速率與輻射熱通量呈線性關(guān)系,據(jù)此線性關(guān)系可求出材料的汽化熱為2.48kJ/g。分析了環(huán)境氧濃度和輻射強(qiáng)度對(duì)PE銅芯導(dǎo)線燃燒特性的影響機(jī)制,發(fā)現(xiàn)了極限氧濃度、點(diǎn)燃時(shí)間、質(zhì)量損失速率、熱釋放速率、有效燃燒熱及煙產(chǎn)生速率等燃燒參數(shù)值在不同氧濃度和輻射環(huán)境中的變化規(guī)律。結(jié)果表明,極限氧濃度和點(diǎn)燃時(shí)間均隨著輻射強(qiáng)度的增加而降低,其中點(diǎn)燃時(shí)間與輻射強(qiáng)度的-1次方成正比。質(zhì)量損失速率隨著氧濃度和環(huán)境輻射強(qiáng)度的增加均變快,其中各氧濃度對(duì)應(yīng)的平均質(zhì)量損失速率與環(huán)境輻射強(qiáng)度呈線性關(guān)系,據(jù)此可得到各氧濃度條件下的熱阻礙系數(shù),且氧濃度增加導(dǎo)致熱阻礙系數(shù)變大。熱釋放速率和CO2產(chǎn)生速率在氧濃度和環(huán)境輻射強(qiáng)度耦合作用下變化規(guī)律相同,當(dāng)輻射強(qiáng)度較低時(shí),二者隨著氧濃度的增加而變大,隨著輻射強(qiáng)度的增加,熱釋放速率和CO2產(chǎn)生速率先增大后變小,在空氣氛圍下最大;在空氣氛圍下,二者隨著環(huán)境輻射強(qiáng)度的增加而增加,但是在非空氣氛圍下則呈現(xiàn)出先增加后減小趨勢(shì),在輻射強(qiáng)度為35kW/m2時(shí)達(dá)到最大。有效燃燒熱隨著氧濃度的增加先增加后減小,并在空氣氛圍下達(dá)到最大;在氧濃度為18%和空氣氛圍下,隨著輻射強(qiáng)度增加有效燃燒熱變大,在30%和40%氧濃度條件下,其隨著輻射強(qiáng)度呈先增后減規(guī)律,在輻射強(qiáng)度為35kW/m2時(shí)達(dá)到最大。煙產(chǎn)生速率隨著氧濃度和輻射強(qiáng)度的增加均呈現(xiàn)變大的趨勢(shì)。輻射強(qiáng)度的增加導(dǎo)致CO產(chǎn)生率變大;高氧和低氧濃度條件下的CO產(chǎn)生率均高于空氣氧濃度下的值,即在低氧、高氧和高輻射這些特殊環(huán)境中,導(dǎo)線燃燒產(chǎn)生的CO毒性氣體更多。研究了壓力和傾斜角度對(duì)PE銅芯導(dǎo)線火蔓延的影響規(guī)律。在火焰形貌方面,當(dāng)壓力范圍為40kPa-100kPa時(shí),火焰底部出現(xiàn)藍(lán)色區(qū)域,且隨著壓力的降低藍(lán)色區(qū)域增大,但是當(dāng)傾斜角度增加時(shí),壓力的降低并沒(méi)有導(dǎo)致藍(lán)色火焰區(qū)域的出現(xiàn);當(dāng)壓力超過(guò)100kPa并繼續(xù)增加時(shí)藍(lán)色區(qū)域不再出現(xiàn),火焰顏色由亮黃色向橘黃色轉(zhuǎn)變。在火焰尺寸方面,導(dǎo)線水平火蔓延過(guò)程中的火焰高度隨著壓力先變高后降低,當(dāng)壓力為200kPa時(shí)達(dá)到最大值,火焰寬度隨著壓力的升高單調(diào)減小;對(duì)于傾斜狀態(tài)下的導(dǎo)線火蔓延,火焰寬度隨著壓力的增加而變窄,火焰區(qū)的熱解區(qū)域長(zhǎng)度隨著壓力先變小后增大,且在常壓狀態(tài)下最小。在火蔓延速率方面,不論是水平還是傾斜火蔓延,壓力對(duì)火蔓延速率均呈現(xiàn)促進(jìn)的作用。另外,分別建立不同壓力條件下的水平和傾斜狀態(tài)下的導(dǎo)線火蔓延模型,其中水平火蔓延模型表明火焰對(duì)火焰前鋒的傳熱在傳熱機(jī)制中占主導(dǎo)作用,傾斜角度和壓力耦合作用下的火蔓延模型表明火焰前鋒的對(duì)流傳熱在傳熱機(jī)制中占主導(dǎo)作用。本研究為高壓、低壓、高氧、低氧這些特殊條件下的導(dǎo)線火災(zāi)提供了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),同時(shí)為特殊條件下的火災(zāi)預(yù)防和安全設(shè)計(jì)建立了理論基礎(chǔ)。
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圖１．１本研究技術(shù)路線示意圖逡逑１．４文章章節(jié)安排逡逑根據(jù)上文中研宄內(nèi)容和技術(shù)路線的描述，本文的章節(jié)安排如下：逡逑第１章為緒論，主要介紹了導(dǎo)線燃燒和火蔓延研宄的研宄背景、本文的研宄逡逑目標(biāo)、研宄內(nèi)容以及技術(shù)路線。逡逑第２章為文獻(xiàn)綜述，主要總結(jié)了前人在導(dǎo)線燃燒特性和火蔓延特性研究方面逡逑的研宄現(xiàn)狀，，并得到前人研宄的不足。逡逑第３章為聚乙烯導(dǎo)線的熱解實(shí)驗(yàn)。介紹了熱重－紅外聯(lián)用儀裝置，開(kāi)展ＰＥ導(dǎo)逡逑線絕緣層材料熱解實(shí)驗(yàn)和紅外光譜實(shí)驗(yàn)，對(duì)ＴＧ／ＤＴＧ曲線進(jìn)行分析，并求解主要逡逑動(dòng)力學(xué)參數(shù)，通過(guò)對(duì)熱解產(chǎn)物的紅外光譜圖進(jìn)行分析，得到其熱解產(chǎn)物成分；除逡逑了熱重實(shí)驗(yàn)，在火焰增長(zhǎng)量熱儀中進(jìn)行氮?dú)夥諊碌牟煌椛鋸?qiáng)度條件下的熱解逡逑實(shí)驗(yàn)，并得到導(dǎo)線的汽化熱。逡逑第４章為聚乙烯導(dǎo)線的燃燒特性研[偂＝檣芰嘶鷓嬖齔ち咳紉牽緣枷囈繡義先忌帳笛�，秷A煌跖ǘ群屯飩綬淝慷忍跫碌募捫跖ǘ�、甸b際奔�、质量辶x

本文編號(hào)：2699934