[发明专利]一种间隔式可燃物水平最佳防火间距的确定方法

权利要求书

1.一种间隔式可燃物水平最佳防火间距的确定方法，其特征在于，具体步骤为：

(1)建立非连续水平火蔓延发展模型：在火蔓延过程中，可燃物包括三个部分：已燃区、热解区和预热区；设火焰已蔓延至前一可燃物体的边缘部分，此时选取预热区作为间隔可燃物的对象进行能量平衡分析；间隔可燃物与外界的能量交换包括如下方式：

A、来自火焰的对流和辐射热通量

B、间隔可燃物向新鲜燃料的固相热传导设固相温度T随x方向不变化，即故间隔可燃物向远方新鲜燃料的固相热传导确定为0；

C、固体表面的辐射热损失由于辐射热损失要远小于火焰传递给固体表面的热通量故对辐射热损失设为0；

综上所述，间隔可燃物接收到的总热流其公式表述为：

其中：为火焰对间隔可燃物的对流热通量，为火焰对间隔可燃物的辐射热通量；通过计算和得出间隔可燃物接收到的总热流；

上述间隔可燃物接收到的总热流具体计算过程为：

对总热流公式的对流热通量和辐射热流量进行细化，对流热流量由下式计算得出：

其中，k_g是气相热传导率，是平均对流火焰传热系数，T_s和T_g分别是固体表面温度和气体温度，设在热解区附近的固体表面温度等于材料的热解温度，而气相温度设定其比火焰温度低200℃；

对流传热系数与试样宽度之间存在如下关系式:

其中，是平均Nusselt数，是Raleigh数，Gr和Pr分别是Grashof数和Prandtl数，α是热扩散系数,而β是热膨胀系数，联立上式即得出：

其中，α是热扩散系数，而β是热膨胀系数，W为材料宽度，k是气相热传导率；

辐射热流量由下式计算得出：

其中：ε_f是火焰发射率，σ是Stefan-Boltzmann常数，T_f是火焰温度，而F是火焰对间隔可燃物表面的视角因子；

ε_f≈1-e^-κW，κ是发射系数

其中视角因子公式为：

火焰面对间隔可燃物微元面的视角因子建立如下模型：

其中：D为火焰宽度，a为间隔距离，b为火焰长度，θ为火焰面与竖直方向的夹角，ε代表不同位置处的火焰长度；

将和的每项展开式代入总热流计算公式即得出非连续火蔓延的总热流计算公式；

(2)确定不同水平间距的点燃时间；将步骤(1)确定的总热流公式代入如下点燃时间t_ig的计算公式中：

其中，t_ig为点燃时间，即固体温度从T_s上升到T_p所需的时间；ρ为物体密度；c_p为空气比热，值为1.0kJ/kg·K；d为物体厚度；T_p为物体的燃点，℃；T_s为固体表面温度，℃；为来自火焰的对流和辐射热通量，kW/m²；

通过上式得出间隔可燃物之间不同间距的点燃时间t_ig；确定间隔可燃物的有效加热时间t为当前可燃物最后20％未燃区的燃尽时间，当点燃时间t_ig小于有效加热时间t则间隔可燃物就会被点燃；点燃时间t_ig大于有效加热时间t则间隔可燃物不会被点燃；

(3)设定点燃时间等于有效加热时间，通过步骤(2)的点燃公式利用反推法或迭代法确定不同可燃物的水平最佳防火间距。