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火蔓延行测试实验探究

固体可燃物表面火蔓延是火灾场景中普遍存在的燃烧现象,是火灾科学研究中的基础课题。特别是近年来,许多保温性能良好的保温材料被广泛应用于各种建筑中。这些保温材料易燃,而且一旦着火,火势极易蔓延,给人民的生命和安全带来了极大的威胁。因此,研究固体可燃物表面的火蔓延特性,有助于我们了解火灾的发展,从而可以为发展火灾防治技术奠定理论基础。
 
近年来,火灾科学国家重点实验室工业火灾课题组依托973、985、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目,构建了高水平实验平台——“多参数耦合火蔓延实验台”,并分别在平原和高原环境下开展了一系列可炭化固体表面和热塑性固体表面的火蔓延特性基础实验研究,系统研究了环境压力、氧浓度、辐射强度、试样尺寸和放置角度等参数耦合作用下的固体表面火蔓延规律。
 
研究表明,试样宽度对可炭化材料(木材)和热塑性材料表面(XPS)的火蔓延行为都表现出相同的宽度效应:火蔓延速度随着试样宽度的增加先减小后增加(如图1所示)。通过传热过程的理论分析表明,固体表面的火蔓延行为的宽度效应受控于不同的传热机制:对流机制和辐射机制。对流机制作用下,火蔓延速度随着试样宽度的增加而减小;辐射机制作用下,火蔓延速度随着试样宽度的增加而增加。
 
高原低压低氧环境会显著影响固体可燃物表面火蔓延过程的燃烧特性。研究人员对比研究了不同条件下的高原环境和平原环境下火蔓延过程中气相火焰温度,通过对大量数据进行统计分析表明高原环境下的气相火焰温度要略高于平原地区。另外,研究人员详细研究了XPS表面火蔓延过程中固相内部的温度变化规律,结果表明高原环境会显著延长XPS燃烧过程中的融化阶段和热解阶段的持续时间(如图2所示),从而降低火蔓延速度。

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