窗口溢流火条件下外墙聚苯乙烯保温材料的引燃机制及火蔓延行为

Aiming at the current fire protection demand of construction fa?ade thermal insulation system in China, the melting and dripping ignition mechanism and fa?ade vertical fire spread behavior of typical thermal insulation material polystyrene (PS) will be studied. The effects of compartment fire source and opening dimension on the fa?ade heat flux will be studied based on the self-made experimental setup, and the non-dimensional expression of fa?ade heat flux distribution will be obtained. During the radiation heating process of vertical installed polystyrene, the effect of sample mass variation on the temperature development, caused by melting and dripping behavior, will be investigated, and a prediction model of the melting and dripping ignition time for vertical positioned PS will be developed. The influence mechanism of different factors, such as sample dimension, protection layer and environment wind, on the vertical fire spread of PS will be studied based on the self-made experimental setup. A vertical fire spread speed model of the fa?ade thermal insulation material fire coupling with several parameters will be established, by combining the sample ignition mechanism and the theory of fire spread, combustion and heat transfer. The research results will reveal the scientific essence of rapid vertical fire spread in fa?ade thermal insulation material polystyrene fire scanario, and will also provide the theoretical basis and data support for the new fa?ade fire prevention measures and related standards.

本项目针对当前我国建筑外墙保温系统的防火需求，对典型外墙保温材料聚苯乙烯的熔融滴落引燃机制及外墙竖向火蔓延行为进行研究。利用自建的建筑物外墙保温系统火灾实验装置研究室内火源和开口尺寸对溢流火条件下外墙表面热流的影响，建立外墙表面热辐射通量分布规律无量纲关系式；针对竖直固定的聚苯乙烯，研究分析辐射加热过程中由样品熔融滴落引起的质量变化对其温度变化的影响规律，发展竖直固定的聚苯乙烯熔融滴落点燃时间预测模型；基于自建的建筑物外墙保温系统火灾实验装置研究样品尺寸、保护层及环境风等因素对聚苯乙烯竖向火蔓延的影响机制，结合火蔓延、燃烧、传热传质理论及其点燃机理，建立多参数耦合条件下外墙保温材料火灾竖向火蔓延速率模型。研究成果有望揭示外墙保温材料火灾快速竖向火蔓延的科学本质，为提出合理有效的外墙火灾防控措施、推进相关标准规范的制定提供理论依据与数据支撑。

随着国家对节能减排工作的重视，有机保温材料在建筑外墙的应用迅速增长，尤其是聚苯乙烯已占据市场主导地位，但是其严重的火灾隐患不容忽视。本项目针对窗口溢流火条件下的外墙保温材料火灾场景，研究内容主要包括3个方面：窗口溢流火条件下外墙表面热流分布规律、建筑外墙有机保温材料辐射引燃特征、以及建筑外墙保温材料竖向火蔓延行为。3年来，本项目通过自行研制的模拟尺度实验、锥形量热仪实验、理论分析和数值模拟等手段，取得了一系列研究成果。在建筑外墙热流分布方面，发现溢流火火焰高度和对外墙的热流强度与火焰的壁面贴附效应紧密相关，而火焰的壁面贴附效应受到由康达效应产生的壁面贴附力与溢出气流的动量产生的反贴附力共同作用的影响。在有机保温材料辐射引燃方面，发现聚苯乙烯保温材料引燃时间随着外加热流强度的增加而减小，并且其减小的幅度也是减小的，对于不同引燃方式导致的引燃时间的差值在较高热流强度下近似可以忽略。在建筑外墙保温材料竖向火蔓延方面，我们研究了建筑外墙结构、环境风对聚苯乙烯竖向火蔓延行为的影响，同时还分析了聚苯乙烯外墙保温系统火灾危险性。.通过研究，我们发现了聚苯乙烯保温材料特有的点燃及燃烧现象，揭示了腔室火源及开口尺寸对溢流火条件下外墙表面热流的影响，发展竖直固定的聚苯乙烯保温材料材料熔融滴落点燃时间预测模型，建立了多参数耦合条件下建筑外墙保温材料竖向火蔓延速率模型，为提出合理有效的外墙火灾防控措施、推进相关标准规范的制定提供理论依据与数据支撑。到目前为止，本项目已经发表SCI论文2篇、EI论文4篇，获授权专利4项，培养博士研究生1名。