火灾场景中水幕对玻璃破裂行为影响的实验研究
出于美观、经济、透明性好等原因,玻璃在现代建筑中的应用越来越广泛,玻璃的种类也越来越多样化。但是当火灾发生时,玻璃幕墙或玻璃窗结构却是建筑中最薄弱的环节,很容易破裂脱落形成新的通风口。而一旦形成新的通风口势必会加剧火势蔓延,影响人员疏散,造成更大的生命和财产损失。为延长玻璃在火灾中的防火时间,建筑中一般会配备相应的喷淋或水幕设施,用于火灾发生时降低玻璃温度。<br>  国内外学者已经对普通玻璃、钢化玻璃、防火玻璃等的水保护效果进行了一定的研究,并得出了一些定性结论。本文在大量调研国内外文献的基础上对水幕对玻璃破裂行为的影...
出于美观、经济、透明性好等原因,玻璃在现代建筑中的应用越来越广泛,玻璃的种类也越来越多样化。但是当火灾发生时,玻璃幕墙或玻璃窗结构却是建筑中最薄弱的环节,很容易破裂脱落形成新的通风口。而一旦形成新的通风口势必会加剧火势蔓延,影响人员疏散,造成更大的生命和财产损失。为延长玻璃在火灾中的防火时间,建筑中一般会配备相应的喷淋或水幕设施,用于火灾发生时降低玻璃温度。
  国内外学者已经对普通玻璃、钢化玻璃、防火玻璃等的水保护效果进行了一定的研究,并得出了一些定性结论。本文在大量调研国内外文献的基础上对水幕对玻璃破裂行为的影响进行了大量的实验研究和分析。
  本文根据实验目的和方案设计并加工了由供水系统、水幕喷淋系统、火源模拟系统、测量控制系统及水幕回收系统等组成的实验装置。
  本文实验部分对钢化玻璃和非钢化Low-E、浮法玻璃三种应用最广泛的玻璃进行了研究。实验中将玻璃试样加热至不同温度然后实验人员手动开启水幕,模拟研究水幕在火灾不同阶段开启时玻璃的破裂脱落行为。文中也对施加水幕和不施加水幕玻璃的破裂脱落行为进行了比较分析。
  研究发现,当钢化玻璃温度较低时(火灾初期)开启水幕会起到很好的降温冷却效果,但是当玻璃温度较高以后(火灾中后期)再开启水幕会加速钢化玻璃的破裂脱落。在本文实验工况下,水幕能对6mm钢化玻璃起保护作用的临界温度为250℃,即超过该临界温度水幕将导致玻璃破裂,而在对照实验中无水幕作用时6 mm钢化玻璃可承受400~500℃高温仍不破裂。造成这一现象的原因是受热玻璃与冷的水幕接触时瞬间产生巨大的热应力导致玻璃破裂。水幕不仅会加速高温玻璃的破裂过程,还会增加其脱落比例,因为水幕与玻璃接触时会产生冲击作用。
  对非钢化玻璃的研究发现,Low-E玻璃出现与钢化玻璃类似的现象。本实验工况下无水幕作用时6 mm Low-E玻璃的平均破裂温度为93.6℃。而当Low-E玻璃温度超过70℃以后施加水幕则会加速其破裂脱落。对于浮法玻璃则没有该现象,在浮法玻璃正常破裂温度前施加水幕没有导致其提前破裂。造成Low-E玻璃比同厚度的浮法玻璃更容易破裂的原因是由于Low-E玻璃一侧表面镀了一层低辐射膜,使得Low-E玻璃的传热系数U大大降低,这导致面对相同强度火源辐射时透过Low-E玻璃的热量更少,因此Low-E玻璃更容易达到导致其破裂的临界温差,而火灾中温差引起的热应力是玻璃破裂的主要原因。
  本文进一步对水幕吸热量、水幕厚度、水幕流速、水幕利用率等参数进行了定量计算,更加准确的揭示了水幕对玻璃的保护作用。
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作者: 邵光正
学科专业: 安全科学与工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 中国科学技术大学
导师姓名: 王青松
学位年度: 2015
语 种: chi
分类号: TQ171.1
在线出版日期: 2015年11月2日