[发明专利]预测闭式洒水喷头或感温探测器的响应时间的预测模型

说明书

技术领域

本发明涉及一种预测模型，特别是一种预测闭式洒水喷头或感温探测器的响应时间的预测模型，属于防火技术领域。

背景技术

自动喷水灭火系统自诞生起至今已有100多年的历史，其在火灾中保护人员生命及财产安全方面发挥了重要的作用。设置自动喷水灭火系统的目的主要是为了有效扑救初期火灾或者控制火灾规模。对于洒水喷头为闭式的自动喷水灭火系统要实现快速启动控火和扑灭火灾，洒水喷头能否及时动作是一个重要因素，对于整个自喷系统的灭火控火效果至关重要。闭式洒水喷头如不能及时受热开放，则喷头开放后的洒水可能不能覆盖起火范围，火灾在喷水范围之外蔓延，达不到设计效果。

影响洒水喷头启动时间的因素很多，包括喷头响应时间指数(RTI)、响应温度、安装高度、火灾发展速率等，这些因素的改变都可能影响洒水喷头的动作时间。

随着特殊防火设计方法的应用与发展，对于预测喷头响应时间及预测火灾规模显得尤其重要。国外对洒水喷头或探测器响应时间模型进行了开发研究，如DETACT-QS，DETQCT-T2和LAVENT等，这些模型可用于计算曝露于火灾环境的洒水喷头或探测器的响应时间，也可用于预测火灾规模和人员疏散的开始时间。

通常，洒水喷头或探测器RTI、响应温度、安装高度以及喷头距离火源的半径等作为输入参数。火灾规模和时间的关系以及火灾持续发展时间必须由用户提供，通常启动洒水喷头或探测器的热源来自于顶棚射流，并未考虑隔间内热烟层的形成。同其他程序一样，如不了解内在的假定情况，这些程序可能被误用。

国际上已经建立了以火灾模化、闭式喷头热敏感性能及传热学等为理论基础，预测喷头启动时间的方法，其方法已成为特殊防火设计技术的重要组成部分。关于闭式喷头启动时间的研究，我国无论从预测手段、预测方法和数据分析利用等方面同国际上都还存在一定的差距。特殊防火设计和火灾危险性评估在我国也正逐步得到应用和发展，同样亟需开发类似的适用预测模型。

发明内容

基于上述缺陷，本发明提出了一种预测闭式洒水喷头或感温探测器的响应时间的预测模型，为防火设计和火灾危险性评估工作、开展疏散开始时间预测以及火灾规模预测提供了相应的技术手段，有效解决了火灾响应时间预测的问题。

本发明的技术方案如下：

一种预测闭式洒水喷头或感温探测器的响应时间的预测模型，包括如下步骤：

步骤一：基本假设

所述预测模型基于以下3个基本假设条件：

(1)喷头或感温探测器处在一块大空间且按相关规范要求安装在平坦的天花板下；

(2)在火灾发展的最初阶段，辐射热量传递过程忽略，对流热传递速度q_conv为影响喷头或感温探测器响应的主要因素；

(3)对流热量传递系数与流经喷头或感温探测器内热敏感元件的气体速度成比例；

步骤二：模型基本原理

采用火焰及顶棚射流模型来预测流经喷头的火灾气流温度和速度，其中，喷头或感温探测器与周围环境之间的热量传递采用单元总的热量传递率q_total表达，q_total采用下列关系式表示：

上式中：

q_cond——传导热传递速率；

q_conv——对流热传递速率；

q_rad——辐射热传递速率

热量通过对流热传至喷头或感温探测器的传递速率采用下式表述：

上式中：

h——对流热量传递系数，单位kW/(m²·℃)或Btu/(s·ft²·℉)；

A——传热面积(m²)；

T_d——喷头或感温探测器温度(℃)；

T_δ——天花板附近火灾气体温度的最大值(℃)；

把喷头或感温探测器热敏感元件看作是一块质量为m的整体，其温度变化可由下式得出：

上式中：

c——热敏感元件的比热，单位为kJ/(kg·℃)或Btu/(1bm·℉)；

由上述方程可以导出喷头或感温探测器热敏感元件温度随时间变化的关系式：

设

其中，τ为传至给定的热敏感元件的对流热量；

这样，