【摘要】：生產(chǎn)和生活領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。本文以導線(常見的可燃物)為研究對象,具體材料為聚乙烯(PE)絕緣銅芯導線,利用實驗和理論相結(jié)合的研究方法,對環(huán)境壓力、環(huán)境氧濃度和環(huán)境輻射強度等特殊條件下的導線熱解特性、燃燒特性和火蔓延特性進行研究分析,主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:探明了升溫速率、環(huán)境氣氛和輻射強度對PE銅芯導線絕緣材料熱解特性的影響規(guī)律。通過熱重紅外聯(lián)用儀對不同升溫速率和不同環(huán)境氛圍下的材料熱解特性進行研究,另外,通過FPA裝置對不同輻射強度下的導線熱解特性進行研究。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,根據(jù)熱解動力學方法求得材料的活化能,其值約為253.8kJ/mol;(2)氮氣氛圍下,熱失重速率曲線只出現(xiàn)一個峰,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)兩個峰,熱解過程持續(xù)時間更長,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,熱解開始的時間提前,分解完成所需時間減小,平均熱釋放速率與輻射熱通量呈線性關系,據(jù)此線性關系可求出材料的汽化熱為2.48kJ/g。分析了環(huán)境氧濃度和輻射強度對PE銅芯導線燃燒特性的影響機制,發(fā)現(xiàn)了極限氧濃度、點燃時間、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,極限氧濃度和點燃時間均隨著輻射強度的增加而降低,其中點燃時間與輻射強度的-1次方成正比。質(zhì)量損失速率隨著氧濃度和環(huán)境輻射強度的增加均變快,其中各氧濃度對應的平均質(zhì)量損失速率與環(huán)境輻射強度呈線性關系,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)境輻射強度耦合作用下變化規(guī)律相同,當輻射強度較低時,二者隨著氧濃度的增加而變大,隨著輻射強度的增加,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,在輻射強度為35kW/m2時達到最大。有效燃燒熱隨著氧濃度的增加先增加后減小,并在空氣氛圍下達到最大;在氧濃度為18%和空氣氛圍下,隨著輻射強度增加有效燃燒熱變大,在30%和40%氧濃度條件下,其隨著輻射強度呈先增后減規(guī)律,在輻射強度為35kW/m2時達到最大。煙產(chǎn)生速率隨著氧濃度和輻射強度的增加均呈現(xiàn)變大的趨勢。輻射強度的增加導致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PE銅芯導線火蔓延的影響規(guī)律。在火焰形貌方面,當壓力范圍為40kPa-100kPa時,火焰底部出現(xiàn)藍色區(qū)域,且隨著壓力的降低藍色區(qū)域增大,但是當傾斜角度增加時,壓力的降低并沒有導致藍色火焰區(qū)域的出現(xiàn);當壓力超過100kPa并繼續(xù)增加時藍色區(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,導線水平火蔓延過程中的火焰高度隨著壓力先變高后降低,當壓力為200kPa時達到最大值,火焰寬度隨著壓力的升高單調(diào)減小;對于傾斜狀態(tài)下的導線火蔓延,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,壓力對火蔓延速率均呈現(xiàn)促進的作用。另外,分別建立不同壓力條件下的水平和傾斜狀態(tài)下的導線火蔓延模型,其中水平火蔓延模型表明火焰對火焰前鋒的傳熱在傳熱機制中占主導作用,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流傳熱在傳熱機制中占主導作用。本研究為高壓、低壓、高氧、低氧這些特殊條件下的導線火災提供了基礎性實驗數(shù)據(jù),同時為特殊條件下的火災預防和安全設計建立了理論基礎。
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圖１．１本研究技術路線示意圖逡逑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，主要介紹了導線燃燒和火蔓延研宄的研宄背景、本文的研宄逡逑目標、研宄內(nèi)容以及技術路線。逡逑第２章為文獻綜述，主要總結(jié)了前人在導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章為聚乙烯導線的熱解實驗。介紹了熱重－紅外聯(lián)用儀裝置，開展ＰＥ導逡逑線絕緣層材料熱解實驗和紅外光譜實驗，對ＴＧ／ＤＴＧ曲線進行分析，并求解主要逡逑動力學參數(shù)，通過對熱解產(chǎn)物的紅外光譜圖進行分析，得到其熱解產(chǎn)物成分；除逡逑了熱重實驗，在火焰增長量熱儀中進行氮氣氛圍下的不同輻射強度條件下的熱解逡逑實驗，并得到導線的汽化熱。逡逑第４章為聚乙烯導線的燃燒特性研[�。綑{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：2699934