【摘要】：熱塑性材料XPS向下火蔓延過程中,在火焰前鋒區(qū)域將形成灼熱熔融液相層。熔融液相層在一定條件下可能發(fā)生滴落,提前引燃未燃區(qū),導致火災迅速擴大。因此,熔融層的引入增加了此類材料火災的復雜性和危險性。本文針對熱塑性材料向下火蔓延過程中熔流液火焰的形成機制、熔融層形態(tài)演化和傳熱機制,分析熔融液火焰的累積與滴落過程對向下火蔓延的影響,從而揭示熔融層對塑性材料向下火蔓延的影響機理。本文開展的研究工作主要包括以下幾個方面:針對典型熱塑性XPS材料向下火焰蔓延過程中伴隨的熔融液化與向下移動,將其抽象為“固體燃料頂部窄條形熔融油池火的向下發(fā)展與移動”模型,建立了熔融液相層和火焰蔓延速率及燃燒質量消耗速率的關系。結合“火焰前鋒位置測量”與“材料燃燒質量損失”測量綜合分析,獲得了不同厚度XPS向下火蔓延過程中熔融液累積質量與熔融層厚度的演化特征。結果表明,對于某一段蔓延時間期間,固體XPS材料向下火蔓延過程中所熔融生成的熔液質量,其中僅20%在該期間通過燃燒消耗,即,剩余約80%的生成液體燃料將駐留于火焰前鋒區(qū)域的熔融油池內;此外,基于圖像亮度統(tǒng)計分析得到的熔融液火焰的形態(tài)與高度,結果表明,在熔融液相層穩(wěn)定增長階段,火焰高度與質量損失速率呈冪函數(shù)關系。開發(fā)了基于視頻圖像分析算法,通過動態(tài)剝離火焰前鋒曲線的視頻圖像,獲得了 XPS材料向下火蔓延過程中火焰前鋒運動的動態(tài)圖像,研究了不規(guī)則火焰前鋒曲線的動態(tài)特征。此外,通過對一定寬度的向下火蔓延視頻圖像進行縱向切分,研究了熔融滴落火焰的形成與滴落對熱塑性材料向下火蔓延的影響規(guī)律。結果表明,火焰前鋒曲線的運動存在一些固定的特征,即,滯后的次級火焰可能突然迅速向前蔓延而趕上與它們相鄰的子火焰,從而使火焰前鋒曲線拉回近似水平的曲線;由于熔融液的累積與滴落過程交替發(fā)展,導致火焰高度與火蔓延速率交替震蕩增加,且子火焰的火蔓延速率峰值明顯滯后于火焰高度峰值。此外,建立了傾斜火焰前鋒的向下火蔓延速率模型,揭示了局部位置的向下火蔓延速率隨局部火焰前鋒曲線的傾斜角度θ增加的特征。通過引入無量綱局部峰值子火焰蔓延速度與相應的無量綱峰值子火焰高度,揭示了兩者之間冪函數(shù)相關關系。通過合理優(yōu)化熱電偶陣列,并通過坐標變換,將熱電偶測量的隨時間變化的溫度轉化為沿著火焰蔓延方向與空間相關的溫度,并重構火焰前鋒區(qū)域的固液相溫度場,獲得了火焰前鋒區(qū)域熔融層的厚度、形態(tài)、凝聚相溫度場分布以及傳熱特征。結果表明,熔融層的“固-液”界面具有“前低后高”的傾斜特征,且凝聚相區(qū)域的熱傳遞更集中于材料外表面。對于各厚度XPS樣品,表面附近熔融層的厚度均小于5mm,熔融層在火焰前緣附近最薄,并且離火焰前鋒越遠熔融層越厚。材料越厚,熔融液體對后壁的粘附越明顯。而重構的火焰前鋒區(qū)域內部溫度場表明,厚度越大,靠近材料表面火焰前鋒區(qū)域的“固-液”界面越平坦,靠近內側傾斜面越大,這造成內側生成的熔融液體易向靠近外表面的相對平坦區(qū)流動,在其向下火焰蔓延過程中,易形成熔流液火焰溢出并誘發(fā)火災迅速擴大。
【圖文】：

料提供良好的未來機遇。根據(jù)ＩＡＬＣｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ的研宄報告［２］，僅２０１２年，中國逡逑保溫材料的消耗總量超過１．７３億立方米或近６００萬噸，營業(yè)額達到１０６３．７３億元逡逑人民幣。如圖１．１，常見的建筑隔熱有機保溫材料有擠塑聚苯乙烯ＸＰＳ、模塑聚逡逑苯乙�。牛校�、聚氨酯ＰＵ，此外還Ｐｈｅｎｏｌｉｃ酷酸、Ｇｌａｓｓｗｏｏｌ玻璃棉和Ｓｔｏｎｅｗｏｏｌ逡逑石棉等。逡逑１％逡逑｜Ｂ［｜邋Ｇｌａｓｓｗｏｏｌ逡逑Ｓｔｏｎｅｗｏｏｌ逡逑ＨＢ邋ＰＵ／Ｐｏｌｙｉｓｏｃｙａｎｕｒａｔｅ逡逑＾邋Ｐｈｅｎｏｌｉｃ逡逑圖１．１常見各類保溫材料的使用比例逡逑１逡逑

第１章緒論逡逑條件下發(fā)生流淌熔液火的特殊行為，深入分析其向下火蔓延過程中的傳熱與傳質逡逑機理，是實現(xiàn)此類材料在實際工程應用中的科學設計與有效防控的重要途徑。逡逑１．１．２熱塑性材料著火和向下火蔓延特性逡逑熱塑性材料在加熱時硬度下降，當熱塑性材料被持續(xù)加熱時，它們熔化為粘逡逑流態(tài)，冷卻時可固化，且固化過程是可逆的。這種特性使熱塑性塑料可以重塑和逡逑再循環(huán)，而不會對材料的物理性能產(chǎn)生負面影響。而熱固性塑料一旦硬化就保持逡逑永久固態(tài)。熱塑性材料可提供各種性能優(yōu)勢，大多數(shù)材料通常具有較高的強度，逡逑抗收縮性和易彎曲性。熱塑性塑料可以用于低應力場景下的應用，如塑料袋或應逡逑力機械部件。常見的熱塑性聚合物有聚乙烯，，ＰＶＣ，ＰＭＭＡ，和ＰＳ等。此外，逡逑熱性材料具有良好的隔熱與絕緣特性，常用于工業(yè)隔熱與絕緣體。對于建筑外保逡逑溫材料ＸＰＳ邋（Ｅｘｔｒｕｄｅｄ邋Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ），因其比較低的導熱系數(shù)，具有良好的保溫隔逡逑熱性能，被廣泛使用。然而作為熱塑性材料，其具有較高的易燃性，引起的建筑逡逑火災事故發(fā)生頻率較高。逡逑？逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ328.0

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本文編號：2690185