一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法技术

本发明专利技术涉及电缆燃烧仿真分析领域，特别涉及一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法。该方法根据GB/T12666.2‑2008在火灾动力学模拟软件中建立满足要求的燃烧室模型、设置电缆系统模型参数、进行燃烧仿真、获取燃烧过程中温度、热释放速率随时间变化数据、根据传感器所得数据判断电缆是否符合国家标准。本发明专利技术解决了实体电缆水平燃烧试验成本高、危险性高、周期长、灵活性差、污染环境等问题，具有建模周期短，参数设置灵活，工作效率高等优点，可对单根电缆水平燃烧特性进行快速检验。

A Simulating Method for Rapidly Testing Horizontal Combustion Characteristics of Single Cable

【技术实现步骤摘要】
一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法
本专利技术涉及电缆燃烧仿真分析领域，特别是涉及一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法。
技术介绍
当今社会飞速发展，电缆在各个行业应用越来越广泛。但是，电缆的应用给社会带来了极大的利益的同时也造成了很多的火灾安全隐患，一旦发生火灾，其不仅加大火势而且火势容易沿着电缆的敷设方向快速蔓延，此外，由于电缆材料多为聚合物，燃烧过后产生大量的烟气，其中大部分为对人体有害的有毒气体和腐蚀性气体，不仅对火场中人员造成极大的威胁，还会妨碍消防人员的救援工作。在生产电线电缆时，要将所生产的样品按照标准进行燃烧测试，即将待测电缆通过火焰燃烧，记录电缆的炭化距离等数据，并对数据进行分析，从而得到阻燃性能。以GB/T12666.2-2008为例，进行电线电缆水平燃烧试验时需要搭建密闭燃烧室、每两周校准一次火焰、达到供火时间后迅速移除引燃源并不引起周围空气波动、记录炭化距离等复杂步骤。针对以上问题，本专利技术提出了一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法，通过仿真试验可以模拟多种电缆型号，而且仿真试验的建模时间短，可以实现快速检验，从而节省设备成本、减少人为操作的危险性与误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法，提供一种仿真试验方法，用于实现单根水平燃烧特性的快速检验，解决实体试验成本高、危险性高、周期长、灵活性差等问题。一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法，包括如下步骤：(1)选定火灾动力学模拟软件，根据GB/T12666.2-2008建立满足要求的燃烧室模型；(2)确定被测电线电缆型号，获取电缆参数，包括电缆结构尺寸参数、绝缘材料属性、护套材料属性；确定试验初始环境温度；根据标准设置引燃源的供火与停火时间；将所有参数输入电缆系统模型中；(3)在电缆系统模型中设置若干温度、热释放速率传感器；进行燃烧仿真；(4)获取燃烧过程中温度、热释放速率随时间变化数据；利用电缆模型系统中设置的温度、热释放速率传感器读取燃烧过程中的温度、热释放速率随时间变化过程。所述火灾动力学模拟软件是计算流体力学的一种模型，它将质量守恒、动量守恒、能量守恒以及化学反应的定律等自然法则应用到火灾计算中，可以真实再现火场情况，仿真数据具有高度的可靠性和精确性。所述电缆系统模型参数包括电缆结构参数、绝缘材料属性、护套材料属性；电缆结构参数包括护套厚度、绝缘厚度、包带厚度等；绝缘材料属性和护套材料属性包括材料的体密度、比热容、热导率、燃烧热四个参数。本专利技术的有益效果：1、本专利技术充分利用仿真分析方法的特点，可准确地获取电缆燃烧试验过程中温度、热释放速率随时间变化的过程数据；2、本专利技术克服了实体试验成本高、危险性高、周期长、灵活性差、污染环境等缺点；3、本专利技术可以模拟多种电缆型号，能够灵活修改电缆系统模型参数。4、本专利技术的建模周期短，可实现单根电缆水平燃烧特性的快速检验。附图说明图1为一个实施例的一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法流程图；图2为利用火灾动力学模拟软件(FDS)建立的电缆、燃烧室仿真模型及网格划分；图3为实施例中一个热释放速率传感器得出的热释放速率随时间变化曲线；图4为实施例中一个温度传感器得出的温度随时间变化曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法的具体实施方式作详细描述。图1示出了一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法流程图，主要包括如下步骤：步骤S1，根据GB/T12666.2-2008建立满足要求的三维燃烧室模型：根据GB/T12666.2-2008在FDS中建立至少具有4m3容积的燃烧室；步骤S2，设置电缆系统模型参数：确定被测电线电缆型号，获取电缆参数，包括电缆结构尺寸参数、绝缘材料属性、护套材料属性；确定试验初始环境温度；根据标准设置引燃源的供火与停火时间；将所有参数输入电缆系统模型中；步骤S3，进行燃烧仿真：在电缆系统模型中设置若干温度、热释放速率传感器；进行燃烧仿真；步骤S4，获取燃烧过程中温度、热释放速率随时间变化数据：利用电缆模型系统中设置的温度、热释放速率传感器读取燃烧过程中的温度、热释放速率随时间变化过程。为了更清晰本专利技术的技术，下面阐述较佳实施例。对于步骤S1，主要是根据国家标准建立符合要求的燃烧室并进行网格划分。本步骤可以通过以下方式实现：第一，如图2所示，建立满足要求的三维燃烧室模型；GB/T12666.2-2008规定燃烧室应至少具有4m3的容积，不规定排烟通道的体积，规定至少2m3应位于试验火焰区域的上方，作为热量和烟气累积空间；利用FDS建立长宽高分别为2m的自立箱体，燃烧室的周边密封、绝热，在箱体顶部的后侧开一个0.5m×2m的排烟口，底部铺厚度为6mm，大小为2m×2m的棉层。第二，使用自由四面体进行网格划；对试验火焰区域进行细网格划分，对燃烧室其他区域进行粗网格划分。网格划分的作用是把一个复杂的模型分成若干简单的模型，而这些简单的个体之间又相互联系，相互约束，构成整个结构。求解这些简单的结构，就能得到整体的变化趋势，网格越细致整齐，结果就越精确，网格粗糙，结果就会有较大误差。对于步骤S2，主要是确定被测电线电缆类型和型号、确定电缆结构及材料属性参数、确定试验环境参数、确定引燃源供火时间，将所有参数输入电缆系统模型中。下面以ZB-YJV22-0.6/1kV电缆为例进行阐述，步骤S2包括如下步骤：第一，确定被测电缆类型和型号，获取电缆参数：由电缆的型号可获得电缆结构参数，包括电缆结构、横截面积、导体直径、绝缘层厚度、护套层厚度；电缆绝缘材料属性和护套材料属性包括材料的体密度、比热容、热导率、燃烧热；材料属性的四个参数可利用相应仪器测出。由实施例的电缆型号知此型号电缆结构包括导体、绝缘层、包带层、铠装层、护套层；为了符合实体电缆的结构，在仿真软件MaterialLayers界面中对除导体外的结构进行分层处理，并设置表面按CYLINDRICAL计算。第二，确定试验环境参数：根据实体试验的环境标准设置仿真试验的环境参数，包括试验开始之前试样、设备和周围空气稳定在(23.0±5.0)℃、燃烧室内初始压强1bar。第三，确定引燃源的供火时间：标准要求点燃喷灯向试样供火30s。引燃源灯管与垂直方向夹角呈20°，灯管距试样中点40mm，引燃源提供的标称热量为37.3MJ/m3。对于步骤S3，主要在电缆系统模型中设置温度、热释放速率传感器后进行燃烧仿真。图2中电缆试样表面包覆的方形结构为热释放速率传感器，温度传感器位于电缆试样护套层内部。传感器可对电缆试样某个区域或某个点的温度、热释放速率进行动态监测，通过仿真计算可以得出传感器检测的相应参数随时间变化的数据和曲线。对于步骤S4，主要是在仿真计算结束后利用设置的传感器读取燃烧过程中的温度、热释放速率随时间变化数据。实施例中一个热释放速率传感器得出的热释放速率随时间变化曲线如图3所示；实施例中一个温度传感器得出的温度随时间变化曲线如图4所示。根据所得数据对电缆燃烧情况进行多方位分析，判断阻燃电缆是否符合国家标准。本专利技术同时考虑了电线电缆结构、绝缘和护套属性、试验环境对电缆水平燃烧试验的影响，克服本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：根据GB/T 12666.2‑2008在火灾动力学模拟软件(FDS)中建立满足要求的燃烧室模型、设置电线电缆模型参数、设置引燃源与若干传感器、进行燃烧仿真、获取电缆燃烧过程中温度值、热释放速率随时间变化数据，具体方法如下：(1)选定火灾动力学模拟软件，根据GB/T 12666.2‑2008建立满足要求的燃烧室模型；(2)确定被测电线电缆型号，获取电缆参数，包括电缆结构尺寸参数、绝缘材料属性、护套材料属性；确定试验初始环境温度；根据标准设置引燃源的供火与停火时间；将所有参数输入电缆系统模型中；(3)在电缆系统模型中设置若干温度、热释放速率传感器；进行燃烧仿真；(4)获取燃烧过程中温度、热释放速率随时间变化数据；利用电缆模型系统中设置的温度、热释放速率传感器读取燃烧过程中的温度、热释放速率随时间变化过程。

【技术特征摘要】
1.一种用于快速检验单根电缆水平燃烧特性的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：根据GB/T12666.2-2008在火灾动力学模拟软件(FDS)中建立满足要求的燃烧室模型、设置电线电缆模型参数、设置引燃源与若干传感器、进行燃烧仿真、获取电缆燃烧过程中温度值、热释放速率随时间变化数据，具体方法如下：(1)选定火灾动力学模拟软件，根据GB/T12666.2-2008建立满足要求的燃烧室模型；(2)确定被测电线电缆型号，获取电缆参数，包括电缆结构尺寸参数、绝缘材料属性、护套材料属性；确定试验初始环境温度；根据标准设置引燃源的供火与停...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊国，孔译辉，刘蓓蕾，马志鹏，张晓虹，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23