Page 42 - 电力与能源2023年第三期

236 王舒寒，等：基于高压电缆燃烧试验的电缆隧道末端火灾模拟

表 2 电缆燃烧气体生成及含量
气体 生成量/（μL·L）
HBr 0
HCl 0
HCN 2.47
HF 0
NO x 4.30
1.14
SO 2
毒性指数 0.052
型的计算火灾动力学的模拟软件，其能够根据火
灾的燃烧特性，通过直观的动画展示火灾的发展 图 7 电缆隧道模型

过程，并且能够对火灾中的烟气蔓延、温度、能见 结果表明，网格设置的不合理将直接导致计算误
度、CO 含量的变化规律进行分析 ［7-12］ 。 差。因此，为保障模拟结果的准确性，对网格的正
3.1 模型建立 确划分极为重要 ［13］ 。网格尺寸的经验值为特征火
电缆隧道模型主要以上海市某电缆隧道的通
焰的 1/4～1/16 较为合适。特征火焰的直径直径
风区间实况为参考，由于电缆支架、消防及通信设
采用下式计算：
备、排水沟等设施的可燃物质较少，对于电缆隧道 2
火灾的模拟无较大影响，因此建立模型时予以忽 ( Q ̇ ) 5
D′= （1）
略。现实环境中，电缆隧道一般长达数公里，模拟 ρ ∞ c p T ∞ g
所需时间较长，因此按照电缆隧道防火的相关要 式 中 Q —— 火 源 的 热 释 放 速 率 ，kW·m −2 ； ρ ∞
̇
求，建立截面直径为 3.5 m 的圆形电缆隧道模型， —— 空 气 密 度 ，取 1.2 kg·m −3 ；c p —— 空 气 比

此模型处于电缆隧道通风区间的末端，左侧处于 热 ，取 1 kJ·（kg·K） ；T ∞——环境空气温度，取
−1
封闭状态，右侧建设有通风井，通风井与外界环境 297 K； g——重力加速度，取 9.81 m·s 。
−2
连通。设置隧道长度为 200 m，电缆隧道壁面由 −2
其中，火源的热释放速率取 5 MW·m ，经计
混凝土构建，厚度为 0.3 m；高压电缆为 0.2 m×
算，特征火焰的直径为 3.46，由此可以得出模拟的
0.2 m×200 m 的长方体，由内部 PVC 塑料和外部
网格尺寸范围为 0.28～0.86，综合考虑网格精度
的聚氯乙烯组成，隧道内共设置 3 层电缆，电缆层
和计算时间，由于考虑电缆直径方向的尺寸相对
的高度分别为 0.3，1.5，1.9 m。电缆隧道实况如图 6
于电缆隧道整体尺寸较小，温度在电缆的径向分
所示，电缆隧道模型如图 7 所示。
布梯度比较大，需要对电缆进行网格加密，网格大
小设置为 0.2×0.2×0.1，共计 361 000 个网格 ［14］ 。
3.3 边界条件
根据电缆密度检测和燃烧试验结果，其密度为
1 565.17 kg·m ，单位热释放率为 224.89 kW·m ，
−2
−3
燃点为 250 ℃。电缆隧道内环境温度根据实测数
据取值 25 ℃，火源尺寸为 0.45 m×2 m，火源材料
采取 FDS 软件资源库中的庚烷，火源设置于电缆

隧道 50 m 处的最底层左侧电缆的底部位置，火源
图 6 电缆隧道实况 功率设置为 5 MW。电缆隧道在实际的火灾发展
3.2 网格划分 过程中属于 t 火模型，其公式可简化如下：
2
网格质量的好坏直接决定模拟结果的正确与 Q = αt 2 （2）
否，一般来说，网格越小，计算精度越高。但试验 式中 Q——热释放速率，kW·m −2 ； α——增长系