[发明专利]阻燃剂对火灾时沥青混合料传热传质行为影响的评价方法

说明书

本发明是一种阻燃剂对火灾时沥青混合料传热传质行为影响的评价方法，属于沥青路面技术领域，解决目前只能通过宏观试验表征阻燃剂对沥青混合料燃烧的抑制作用、没有评价阻燃剂对沥青混合料燃烧过程中传热、传质行为影响、不能揭示阻燃剂对混合料阻燃机理的问题。本发明首先制备沥青混合料车辙板试件，切割成锥形量热仪试件，测得用于多场耦合数值模拟的试验参数；其次，在Auto CAD中建立隧道沥青路面燃烧数值模型，导入COMSOL多场耦合软件，设置控制性方程组，求解各参数；最后，模拟分析不同火灾工况下阻燃剂对沥青路面温度场分布和传热传质行为影响，并与试验结果比较，评价阻燃剂对火灾时沥青混合料传热传质行为的影响，对研发高效阻燃剂具有重要意义。

技术领域

本发明是一种阻燃剂对火灾时沥青混合料传热传质行为影响的评价方法，属于沥青路面技术领域。

背景技术

随我国公路和城市立体交通迅速发展，修建了大量隧道工程，因沥青路面平整、无接缝、行车舒适、振动小、噪音低、耐磨、施工期短、维修简便、可再生利用、适宜分期修建等优点，已在隧道路面中得到广泛应用。但是，沥青路面在高温环境下会热分解，释放大量热和有毒烟气，导致大量人员伤亡和财产损失。目前常用的阻燃方法是在沥青路面中添加一定量的阻燃剂，抑制火灾过程沥青路面燃烧，减少有毒烟气析出。

当隧道发生火灾时，隧道火灾是一种失去控制的燃烧现象，其发生、发展和熄灭是一个随时间变化的复杂的物理化学过程，其中包括多种可燃物的燃烧、气体复杂流动及各种形式的传热传质行为。有研究者认为锥形量热仪试验方法模拟的燃烧环境相似于真实的燃烧环境，且能真实地反映火灾状况下沥青混合料的燃烧性能，测得试验结果与大型模拟火灾试验有很好的相关性，所测得试验数据，如引燃时间、热释放速率、总释放热、质量损失速率、烟生成速率、有效燃烧热等参数，可以用来评价沥青混合料的燃烧性能，研究纳米阻燃剂对沥青混合料的阻燃机理，还可将数据用于数值模拟过程，为纳米复合材料设计和火灾建模提供更多数据。.

COMSOL软件可以用于模拟工程领域的各种物理过程，具有高效的计算性能和多场直接耦合分析能力，实现了任意多物理场精确数值仿真。它具有很多优点，如可以求解多场问题，具有完全开放式的架构，可以依据任意独立的函数控制求解的参数，具有专业的计算模型库，内嵌丰富的CAD建模工具并具有全面的第三方CAD导入功能，具有强大的网格剖分能力，具有大规模计算能力，拥有丰富的后处理功能。该软件热传导模块可解决的问题包括：传导、辐射和对流的任意组合。建模界面种类包括：面-面辐射、非等温流动、活性组织内的热传导以及薄层和壳中的热传导等。热传递模块在很大程度上扩展了该核心软件包中基本热传导的分析功能。一个最主要的改进是面-面辐射的建模界面，这是它的显著优势。此外，对于通过传导、对流和辐射的热传递过程，建立的模型界面可以更容易地定义复杂的热传递问题。热传递模块也实现了完全多物理场耦合分析功能，这使得将热传递和其他领域耦合起来进行分析成为可能。

热传递模块的模型库分为三部分，包括电子工业中的热分析、热处理和热加工、医疗技术和生物医学。热传递模块的新特征包括基于放射原理的面-面辐射、对于自然对流和热膨胀的非等温流动、有任意流速的流动边界条件以描述风扇的运作、带有低和高传导率的薄层和壳中的热传递、热传递过程的后处理、可以处理任意热传递过程的高度灵活性和广泛适用性、平面外热传递边界条件、各向异性热传导率等。

国外学者使用COMSOL建立了各种纳米结构模型，其中包括碳纳米管、纳米线、纳米多孔介质等，运用计算机模拟实现纳米技术和工程技术的结合，COMSOL被认为是最适合做纳米结构研究的软件。计算机数值模拟与试验研究相结合的方法是研究隧道火灾的有效方法，采用这些方法可以将隧道火灾的损失降到最低。火灾计算机模拟方法依据对火灾物理模型研究区域中控制体的划分及数学模型的不同，可以分为场模拟、区域模拟、网络模拟三种。