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《中国科学技术大学》 2011年
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不同外界环境下典型保温材料PS火蔓延特性规律研究

黄新杰  
【摘要】:进入21世纪以来,能源问题已经成为制约我国经济保持平稳快速增长,社会可持续发展的主要因素之一。建筑耗能是我国能源消耗的一个主要方面,据统计,我国建筑耗能占总能耗的比例已经从1978年的10%上升到目前的40%左右。大力发展节能型建筑已成为当今社会和人们的共识。一些节能效果优良的保温材料已广泛应用于高层建筑的外立面构造中,如模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)等,然而,这类材料遇火易燃且易产生融滴,燃烧的融滴也易引燃其它材料,同时,现行防火设计规范中尚无详细的防火设计要求,因此该类材料一旦发生火灾,其火灾危害性比较大。因此,研究典型保温材料PS的引燃以及火蔓延规律,不仅可以揭示保温材料火蔓延过程中特有的现象及内在机理,同时可以为高层建筑外立面保温系统的防火设计提供有益的指导和借鉴。 保温材料火蔓延是一个复杂的物理化学过程,不仅受到保温材料本身的物化性质的影响,同时,试样尺寸、外界辐射、大气压力、氧气浓度等对火蔓延过程有着很大的影响。本文运用实验与理论相结合的方法,通过搭建保温材料小尺寸火蔓延实验台,研究在多参数耦合情况下(试样尺寸、放置角度、大气压力、氧气浓度等),火蔓延过程中保温材料固相内部结构(固相温度分布特征、预热区和热解区等)、气相火焰结构(火焰形态、气相火焰温度分布等)、以及表征保温材料燃烧特性的火蔓延速度、失重速率等特性参数的变化规律。 通过对同种尺寸的保温材料EPS和XPS在拉萨和合肥两地进行小尺寸火蔓延实验,分析了火蔓延速度、池火长度、火焰高度等特性参数的变化规律。揭示了在高原和平原环境下,保温材料呈现出的火蔓延特点以及火灾危害性的大小。分别实验研究了不同参数和环境条件对PS保温材料火蔓延特性的影响,这些参数包括材料的厚度、宽度、放置角度等因素。得到了池火长度、火焰高度以及火焰侧面积随材料厚度在高原和平原环境下的变化规律。同时研究了高原和平原条件下,不同厚度保温材料EPS和XPS不同放置角度(-30°~30°)下火蔓延特性规律。得到了EPS无论在拉萨还是合肥环境下,火蔓延速度均随着材料放置角度的增加而增加;而对于XPS,当放置角度为负角度时,在拉萨环境下,火蔓延速度呈现出随负角度的增加而增加的特点。同时,当放置角度比较大的时候,XPS无论在拉萨和合肥均出现了二次点燃现象,而EPS却没有这种现象。以及分析了不同宽度保温材料EPS和XPS在高原和平原环境下火蔓延特性。得到了,在水平角度下,保温材料宽度约为10cm左右的时候,火蔓延速度出现最小值。对于宽度比较大的EPS在合肥情况下,以及XPS在拉萨和合肥情况下,池火区的火焰高度逐渐呈现出大于表面火焰区火焰高度的特点。 利用精细热电偶等测量手段结合理论分析方法对PS保温材料火蔓延速度模型及火焰结构进行了阐述。得到了热塑性保温材料火蔓延速度模型,该模型能很好的体现出热塑性材料跟热固性材料火蔓延速度的差别。同时,对保温材料火焰结构进行了分析,得到了PS火焰区由表面燃烧火焰区和池火区两部分组成,以及在不同放置角度情况下,表面火焰区火焰角度与火焰长度均不相同。同时,分析了保温材料PS在不同放置角度下火焰的结构特征,表明火蔓延速度很大程度上受火焰结构的影响。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU551;TU545

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【引证文献】
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