基于FDS的电缆火灾模拟

基于FDS的电缆火灾模拟

摘要：电缆一旦发生火灾，则火势凶猛，蔓延迅速，在燃烧时会发生大量的有害气体，造成扑救困难。电缆烧坏后，修复时间长，损失严重，因此必须十分重视防范电缆火灾事故搜索。据相关资料表明，火灾发生后，造成人员大量伤亡的原因是由于烟气扩散，导致人员窒息中毒身亡。本文基于FDS，模拟房间内电缆起火之后烟气情况以及热释放速率情况。

关键字：FDS；电缆；火灾

Abstract ：Once a fire, the fire, the fire spread quickly, in the burning of a large number of harmful gases, causing difficulties in fighting. The cable burned, repair time is long, serious losses, so we must attach great importance to preventing cable fire accident search. According to relevant information, after the fire, causing a large number of casualties is due to the proliferation of smoke, resulting in the death of personnel poisoning. In this paper, based on the FDS, the smoke and heat release rate of the cable after fire in the room is simulated.

Key words: FDS; cable; fire

第一章概述

电缆通常是由几根或几组导线（每组至少两根）绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。电缆具有内通电，外绝缘的特征。2015年7月12日，武汉市汉阳区政府应急办召开发布会，据该区应急办副主任张风介绍，11日晚间发生在汉阳区“紫荆嘉苑”小区电缆井火灾事故造成7人遇难，12人受伤。

电线电缆引发火灾的原因，主要是因为过负荷、短路、接触电阻过大及外部热源作用。在短路、局部过热等故障状态及外热作用下，绝缘材料绝缘电阻下降、失去绝缘能力，甚至燃烧，进而引发火灾。火灾中电线电缆的主要特性有：（1）火灾温度一般在800℃～1000℃，在火灾情况下，导线电缆会很快失去绝缘能力，进而引发短路等次生电气事故，造成更大的损失；（2）导线电缆在规定的允许载流量下有较大的过载能力；（3）短路状态下，导线电缆会在瞬间引起绝缘材料熔化、燃烧，并引燃周围可燃物。

电线电缆根据其本身具有的燃烧特性，可分为普通电线电缆、阻燃电线电缆、耐火电线电缆、无卤低烟电线电缆及。（1）阻燃电线电缆指难以着火并具有防止或延缓火焰蔓延能力的电线电缆。常用的标准试验为GB／T18380．3（等同于IEC60332-1999）；（2）耐火电线电缆指在规定温度和时间的火焰燃烧下，仍能保持线路完整性的电线电缆。常用的标准试验为GB／T12666．6（等效于IEC60331-21-1999）；（3）无卤低烟电线电缆分为阻燃型和阻燃耐火型两种。阻燃型指材料不含卤素，燃烧时产生的烟尘较少并且具有阻止或延缓火焰蔓延的电线电缆。常用的标准试验有GB／T17650．2（等同于IEC60754-2）、GB／T17651．2（等同于IEC61034-2）和GB／T18380．3（等同于EC60332-3）三项。阻燃耐火型在以上的基础上还需满足保持线路完整性的要求，同时常用的标准试验增加了GB／T12666.6(等效与IE60331)；（4）矿物绝缘电缆在火焰中具有不燃和无烟

无毒的性能，其本身不会因为短路而引起火灾。常用的标准试验除了GB/T12666.6之外，还应针对火灾实际情况，参照英国BS标准中对电缆的试验有抗喷淋水和抗机械撞击（重物坠落）能力的标准要求。同时，可以参照国家标准《额定电压750V及一下矿物绝缘电缆及终端》（GB13033-1991）。

第二章FDS的基本理论知识

FDS概述

FDS（Fire Dynamics simulator）是一种以火灾中流体运动为主要模拟对象的计算机流体力学软件，由美国国家标准技术研究所（NIST）开发。该软件具有观察界面友好、可视性强、针对性强等优点，并且可以得到物理量比较详细的时间分布及空间分布，能精细模拟火灾现象，同时对计算机的计算能力和运算时间均可根据所研究对象的实际需求调节，随着高速、大容量计算机的发展，FDS也得到了更广泛的应用，常用该软件对火灾进行研究，模拟再现火灾过程[1]。

FDS以火灾中流体运动为主要模拟对象，重点计算火灾中烟气开放和热传递过程。FDS旨在解决消防工程中的实际问题，也可为火灾科学的理论研究作指导[2]。FDS模拟可以得到一系列有关烟雾、温度、毒气等相关参数，在对实际工程进行设计，以保证一旦发生火灾，其烟雾保持在一定高度之上，毒气的浓度在一定范围内，从而不会威胁到疏散人员的安全。

FDS火灾模拟软件包含FDS和Smoke View两部分[3]：

1．FDS是软件的主体部分，主要用于完成模拟场景的构建和计算。FDS可以模拟：

火灾驱动的传热

温度分布、毒气浓度、烟气流动

热辐射和对流

喷淋、探测装置的火灾响应

2．Smoke View是一个可视化程序，是FDS计算结果显示程序，它既能处理动态数据也能显示静态数据，并将这些数据以二维或三维形势显现[4]。

PyroSim活在模拟软件简介

Thunderhead Engineering PyroSim是一款用于消防模拟的软件，适用于FDS version 5和SMV(Smokeview)。PyroSim的图形用户界面可以作为消防动态仿真器(FDS)。PyroSim被用来建立消防模拟，并对火灾中烟气的运动、温度和毒气浓度进行准确预测分析。PyroSim的主要功能包括：1.编辑几何使用平面图，倾斜的墙壁，以及其他强大的工具；2.综合FDS和Smokeview执行；3.全面支持64位操作系统；4.运行多CPU模拟单一点击；5.导入现有FDS4和FDS5模型。；

6.转换FDS4输入文件FDS5；

7.导入AutoCAD的DXF模型直接或作为背景图像。PyroSim是设计运行于微软视窗操作系统。PyroSim火灾模拟软件最大的特点是提供了三维图形化前处理和可视化编辑的功能，能够边编辑边查看所建模型，把用户从以前FDS建模的枯燥复杂的命令行中解放了出来。图1为它的模块组成结构。

第三章电缆火灾数值模拟

模型建立步骤

实际的火灾发生和燃烧过程比较复杂，由于现有的计算方法及条件有限，必