(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210881467.6 (22)申请日 2022.07.24 (71)申请人 国网湖北省电力有限公司十堰供电 公司 地址 442000 湖北省十堰市茅箭区人民南 路79号 申请人 福州大学 (72)发明人 瞿波　李鑫　项兴尧　吴少伟　 孙训俊　邓俊　李冬　骆圆　 舒胜文　廖才波　李欣　黎凯　 (74)专利代理 机构 苏州导思知识产权代理事务 所(普通合伙) 32425 专利代理师 龚建良 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01)G06F 30/28(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/16(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种基于FDS的电缆竖井防火封堵材料性能 评估方法 (57)摘要 本发明属于电力技术领域， 公开了一种基于 FDS的电缆竖井防火封堵材料性能评估方法， 该 方法包括： 根据高层建筑电缆竖井敷设情况， 建 立电缆竖井的物理模型， 在FDS中设置材料特性、 边界条件， 划分网格， 进行数值计算， 为模拟不同 情况下的火灾情况， 分别对火源功率大小、 火源 位置和通风大小等展开仿真试验， 得到电缆竖井 内温度、 烟气浓度、 火焰蔓延等随时间变化的规 律， 在降低实际实验成本的前提下， 实现电缆竖 井火灾的危险性评估。 本发明解决了在真实高层 建筑电缆中进行试验具有的试验成本高、 难以寻 找到合适的试验场所的问题。 本发 明具有以下有 益效果:模拟真实、 可多角度分析电缆竖井火灾 规律、 可对封堵材 料防火性能评估。 权利要求书2页 说明书5页 附图7页 CN 115203961 A 2022.10.18 CN 115203961 A 1.一种基于FD S的电缆竖井防火封堵材 料性能评估方法， 其特 征在于： (1)根据高层建筑电缆竖井结构及内部电缆敷设情况构建仿真模型， 仿真模型主要包 括电缆竖井、 电缆及封堵结构三部 分； 其中， 封堵结构主要考虑电缆竖井中间楼板及封堵材 料、 封堵工艺， 并在所述电缆竖井顶部设置预留通 风口， 模拟封闭或自由通 风等状态； (2)完成所述电缆竖井仿真模型网格剖分， 并设置模型材料参数、 加载条件及边界条 件； 其中， 模型材料参数包括电缆及防火封堵材料包括密度、 比热容、 电导率、 辐射率、 燃烧 热和反应方式； 加载条件包括火源大小及位置， 火源大小由电缆载流量及功 率决定， 火源位 置可设置在电缆表 面任意位置； 边界条件设置在电缆竖井顶部通风口， 包括封闭、 自由通风 或强制对流 通风三种边界条件； (3)基于火灾动力学及流体力学理论开展火灾瞬态仿真分析， 求解得到不同时刻下电 缆竖井内部不同位置处的烟气浓度、 温度和火焰蔓延等特征量变化规律， 对于火灾的变化 趋势进行 数据化处 理； (4)更改防火封堵材料， 保持其他仿真参数不变， 重新进行仿真分析， 并对比更改材料 前后包括烟气浓度、 温度和火焰蔓延结果的差异性， 以确定防火封堵材 料的优劣。 2.根据权利要求书1所述的一种基于FDS的电缆竖井防火封堵材料性能评估方法， 其特 征在于： 仿真模型中的电缆竖井的仿真模型外观、 结构及内部电缆敷设情况与实际情况保 持一致， 电缆竖井四周墙壁采用初始网格模拟。 3.根据权利要求书1所述的一种基于FDS的电缆竖井防火封堵材料性能评估方法， 其特 征在于： 仿真模型中的封堵结构的材料为聚氯乙烯或泡沫或黄松或防火泥， 封堵结构四周 用混凝土包裹。 4.根据权利要求书1所述的一种基于FDS的电缆竖井防火封堵材料性能评估方法， 其特 征在于： 仿真分析采用适合低速流动和热驱动的Navier ‑Stokes方程得到实际的瞬态 流场， 采用大涡模型。 5.根据权利要求书1所述的一种基于FDS的电缆竖井防火封堵材料性能评估方法， 其特 征在于： 仿真结果可为仿真模型某一 点或面处的烟气浓度、 温度和火焰蔓延情况。 6.根据权利要求书1所述的一种基于FDS的电缆竖井防火封堵材料性能评估方法， 其特 征在于： 电缆竖井整体模 型与实体模 型简化建立， 初始环 境温度定义为20℃， 聚氯乙烯的参 考温度100℃， 温升速率为5k/min， 热解范围从80℃开始， 竖井 分为上下两层且总高3500mm， 一层地面距中间楼板2300mm， 燃烧器设置的火源在模型中下部， 高0.5m热电偶与 感烟探测 器在两侧电缆群附近以0.6m的间隔自下而上排列， 各有12个， 在竖井X＝0.7m、 Y＝0.6m平面 各设置一温度切片， 设置导出模型表面温度场； 竖井内墙长宽分别为1400mm、 1200mm， 竖井 外墙四周为混凝土墙， 墙厚240mm， 中间楼板墙厚120mm， 泡沫为可燃的封堵材料， 竖井正面 有0.2*0.2m2的通风口， 竖井电缆布置在左后两排分别为9根和16根， 电缆为聚乙烯护套的 三芯电缆， 每芯电缆截面积5 0mm2， 电缆外径为3 0mm， 高度与电缆竖井高度保持一 致； FDS软件中用一个个长方体网格构成圆形电缆， 电缆的热解反应热设置为1500kJ/kg， 燃油蒸汽产率 为1.0； FDS的数值计算采用适合低速流动和热驱动的N avier‑Stokes方程， 运用大涡流流体力 学模型处 理紊态流动； 其中流体的能量、 动量和质量控制偏微分方程如下： 能量守恒方程：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203961 A 2动量守恒方程： 质量守恒方程： 其中： ρ 为气体密度h指显焓； u是速度矢量； p指压力； t是 时间； q” ’为单位体积的热释放速率； q”是热通量矢量； gn指单位质量的流体所 受到的重力f为外部矢量； τij指牛顿流体黏性应力 张量； 欧拉公式中， 将 视为一个算子D， 即 Φ是对时间t的耗散函数， Y为流体 表面微元做功的功率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203961 A 3