[發明專利]一種火災工況下瀝青路面傳熱傳質性能的研究方法

在審

• 申請號: 201810991624.2
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109299516A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 夏文靜;許濤;王斯文;王宏暢
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是一種火災工況下瀝青路面傳熱傳質性能的研究方法，屬于瀝青路面安全技術領域，解決目前只能從宏觀層次研究火災工況下瀝青路面的燃燒性能、沒有從微觀層次研究瀝青路面傳熱傳質性能、難以更深入揭示瀝青路面燃燒性能的問題。本發明首先建立隧道和瀝青路面幾何模型，導入COMSOL軟件，設置控制性方程組，定義瀝青路面為多孔介質層；確定計算區域，進行網格劃分，定義材料屬性和邊界條件；計算瀝青路面溫度場與壓力場分布、多組分揮發物密度與速度場分布、各揮發物成份質量分數分布；最后，經可視化處理，繪出所需計算各參數變化圖，改變工況參數，分析瀝青路面結構傳熱傳質性能，揭示瀝青路面燃燒性能，對提高瀝青路面火災安全性具有重要意義。

技術領域

本發明是一種火災工況下瀝青路面傳熱傳質性能的研究方法，屬于瀝青路面安全技術領域。

背景技術

隨著我國公路交通運輸業的快速發展和城鎮化水平提高，隧道作為公路和城市立體交通的重要組成部分也得到了發展，我國隧道有向長大化方向發展的趨勢。與隧道外普通路段相比，隧道相對封閉管狀結構、空間較小、出入口少。有研究表明，由于隧道內渠化交通嚴格、車速快等因素導致隧道內交通事故率遠大于洞外路段，引發的火災事故率顯著增長，發生火災時，熱和煙氣不能及時排除，熱量聚集，內部溫度上升快，燃燒速率快。在火災工況下瀝青路面參與燃燒，并釋放大量熱和有毒煙氣，燃燒過程中會分解出氫氣、一氧化碳、烷烴、苯等易燃氣體，加劇了瀝青熱解和燃燒，造成更大的危害。據研究發現，由于在火災中吸入煙塵和有毒氣體而造成的死亡率為85％。

瀝青路面作為一種多孔介質材料，在火災工況下會發生明顯的傳熱傳質行為。多孔介質是一類具有固體骨架的多相空間，宏觀上均勻分布在孔隙空間的固體物質。孔隙可以是互不連通的，也可以是相互連通的，但其一般都充滿著一種或幾種流體，如空氣、水等。多孔介質按照特性可分為：(1)毛細多孔體：黏土、纖維性建筑材料等；(2)分散介質：砂土和顆粒堆積層等；(3)分散流變體：流化床、變骨架多孔體等。根據濕分含量的多少及其空間分布又可分為：(1)孔隙空間充滿液體的濕飽和多孔介質；(2)濕分以液體和蒸汽形式存在于孔隙空間中的非飽和多孔介質；(3)濕分以純蒸汽的形式存在于孔隙空間的干飽和多孔介質。

在揭示各相物質內部及相互間的質量、能量傳遞規律方面可以采用了理論分析、數值模擬、實驗研究等各種研究手段。理論研究方法可分為分子水平、微觀水平和宏觀水平三類，其中宏觀水平的研究方法較為常用。這是由于分子水平的研究對象是流體的分子運動，所涉及的數學方程多且難于求解。微觀水平的研究方法將多孔介質中的固體骨架及其孔隙中的流體視為流體連續介質，研究對象是流體質點或微元體，但要把其中固體骨架邊界微細結構處的傳熱和流動情況作為邊界條件，而對此的定量描述既困難又不準確。

宏觀水平的研究方法也持連續介質的觀點，取包含研究點在內的一個很小區域(遠小于整個流體區域，但比單個孔隙空間大得多)為控制體(稱作表征體元REV)，在REV上對流體參數和固體參數實行體積平均，獲得假想介質在REV上的平均參數，進而分析其中的傳熱和流動過程。由于宏觀方法所依據的物理模型與客觀的微觀運動情況有一定偏差，所以其研究結果往往不能與實測結果完全吻合。在多孔介質的熱質遷移的理論研究的過程中，通常對多孔介質的幾何參量難以做出準確的描述，因此學者們引入了“容積平均”的概念，將多孔介質假設為一種宏觀尺度上的虛擬連續介質。

多孔介質內的傳熱過程主要包括：(1)固體骨架與固體顆粒之間存在或不存在接觸熱阻時的導熱過程；(2)流體(液體、氣體或兩者均有)的導熱和對流換熱過程；(3)流體與固體顆粒之間的對流換熱過程；(4)固體顆粒之間、固體顆粒與空隙中氣體之間的輻射過程。熱量既可以通過固體骨架的導熱，又可借助流體的導熱和對流傳遞。