本发明涉及电缆燃烧仿真分析领域，特别是涉及一种用于阻燃电缆燃烧试验的仿真试验方法。
背景技术：
电能是国民经济发展的重要能源，电缆存在于现代化建设的各行各业，其重要性不言而喻。电缆除了作为导体、屏蔽和铠装的金属材料外，其他结构材料(如绝缘层、护套层和填充层)主要是塑料、橡胶和纤维等高分子材料，由于金属材料不会燃烧，所以电缆的阻燃主要是实现电缆结构材料中聚合物材料的阻燃。
虽然阻燃电缆料在设计层面符合了国家标准，但是复杂的燃烧过程使成缆的试验性能不符合标准。可见电缆护套和绝缘材料的燃烧性能将直接影响电缆的燃烧性能。因此要进行电缆的燃烧试验来判断在设计层面符合国家标准的阻燃电缆料在挤出成缆后是否还符合国家标准。电缆的燃烧试验尺寸分为小尺寸、中尺寸、全尺寸，对于实体电缆试验来说，试验难度大、成本高、周期长、灵活性差、环境污染大，往往实现困难。
针对以上问题，本发明提出了一种阻燃电缆燃烧仿真试验方法，通过仿真试验可以模拟多种工况及试验方案，而且仿真试验的成本低、灵活性好，能较为准确地得到结果，是今后发展的趋势。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提出一种用于阻燃电缆燃烧试验的仿真试验方法，提供一种仿真试验方法，用于解决实体试验难度大、成本高、周期长、灵活性差等问题。
一种用于阻燃电缆燃烧试验的仿真试验方法，包括如下步骤：
(1)选定火灾动力学模拟软件，根据gb/t18380.31-2008建立标准燃烧室模型；
(2)确定被测阻燃电缆类型和型号，获取阻燃电缆参数，包括阻燃电缆结构参数、阻燃电缆绝缘材料属性、护套材料属性；确定阻燃电缆的间距尺寸；确定试验环境参数，包括进风口风速、燃烧室内初始温度；根据被测阻燃电缆的阻燃等级确定引燃源的供火时间；将所有参数输入阻燃电缆系统模型中；
(3)在阻燃电缆系统模型中设置若干氧气浓度、温度值、烟气浓度传感器；进行燃烧仿真；
(4)获取燃烧过程中氧气浓度、温度值、烟气浓度随时间变化数据；利用电缆模型系统中设置的氧气浓度、温度值、烟气浓度传感器读取燃烧过程中的氧气浓度、温度值、烟气浓度及随时间变化过程。
所述火灾动力学模拟软件是计算流体力学的一种模型，它将质量守恒、动量守恒、能量守恒以及化学反应的定律等自然法则应用到火灾计算中，可以真实再现火场情况，仿真数据具有高度的可靠性和精确性。
所述阻燃电缆系统模型参数包括电缆的结构参数、绝缘材料属性、护套材料属性；绝缘材料属性和护套材料属性包括材料的体密度、比热容、热导率、燃烧热四个参数。
所述阻燃电缆间距尺寸是电缆在同一平面等间距排列过程中一根电缆表面到与其相邻电缆表面的最短距离。
本发明的有益效果：1、本发明充分利用仿真分析方法的特点，可准确地获取电缆燃烧试验过程中的氧气浓度、温度值、烟气浓度等随时间变化过程数据；2、本发明克服了实体电缆燃烧试验成本高、灵活性差、环境污染大等缺点；3、本发明可以模拟多种工况及试验方案，能够灵活修改阻燃电缆系统模型参数和阻燃电缆的间距尺寸。
附图说明
图1为一个实施例的一种用于阻燃电缆燃烧试验的仿真试验方法流程图；
图2为利用fds软件建立的电缆及燃烧室仿真模型；
图3为一个氧气浓度传感器得出的氧气浓度随时间变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种用于阻燃电缆燃烧试验的仿真试验方法的具体实施方式作详细描述。
图1示出了一种用于阻燃电缆燃烧试验的仿真试验方法流程图，主要包括如下步骤：
步骤s1，根据gb/t18380.31-2008在火灾动力学模拟软件中建立燃烧室三维模型：
根据gb/t18380.31-2008在火灾动力学模拟软件fds中建立垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验的试验装置；
步骤s2，设置阻燃电缆系统模型参数：
确定被测阻燃电缆类型和型号，获取阻燃电缆参数，包括阻燃电缆结构参数、阻燃电缆绝缘材料属性、护套材料属性；确定阻燃电缆的间距尺寸；确定试验环境参数，包括进风口风速、燃烧室内初始温度；根据被测阻燃电缆的阻燃等级确定引燃源的供火时间；将所有参数输入阻燃电缆系统模型中；
步骤s3，进行燃烧仿真：
在阻燃电缆系统模型中设置若干氧气浓度、温度值、烟气浓度传感器；进行燃烧仿真；
步骤s4，获取燃烧过程中氧气浓度、温度值、烟气浓度随时间变化数据：
利用电缆模型系统中设置的氧气浓度、温度值、烟气浓度传感器读取燃烧过程中的氧气浓度、温度值、烟气浓度及随时间变化过程。
为了更清晰本发明的技术，下面阐述较佳实施例。
对于步骤s1，主要是根据国标建立标准燃烧室并进行网格划分。
本步骤可以通过以下方式实现：
第一，如图2所示，建立标准燃烧室；gb/t18380.31-2008规定了垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验的试验装置，利用火灾动力学模拟软件fds建立宽1000mm、深2000mm和高4000mm的自立箱体，试验箱的周边密封、绝热，空气从箱底距前墙150mm处打开的一个800mm×400mm的进气口流入箱内，试验箱顶部的后面开一个300mm×1000mm的出气口。
第二，使用自由四面体进行网格划分；对电缆燃烧及火焰可能蔓延的区域进行细网格划分，对燃烧室其他区域进行粗网格划分。
网格划分的作用是把一个复杂的模型分成若干简单的模型，而这些简单的个体之间又相互联系，相互约束，构成整个结构。求解这些简单的结构，就能得到整体的变化趋势，网格越细致整齐，结果就越精确，网格粗糙，结果就会有较大误差。
对于步骤s2，主要是确定被测阻燃电缆类型和型号、确定阻燃电缆间距尺寸、确定试验环境参数、确定引燃源供火时间，将所有参数输入阻燃电缆系统模型中。
下面以wdza-yjy-0.6/1kv阻燃a类电缆为例进行阐述，步骤s2包括如下步骤：
第一，确定被测阻燃电缆类型和型号，获取阻燃电缆参数：
由阻燃电缆的型号可获得的阻燃电缆结构参数，包括电缆结构、横截面积、导体直径、绝缘层厚度、护套层厚度；阻燃电缆绝缘材料属性和护套材料属性包括材料的体密度、比热容、热导率、燃烧热；材料属性的四个参数可利用相应仪器测出。
由实施例的阻燃电缆型号知此型号电缆结构包括导体、绝缘层、高阻带层、无机纸绳填充层、护套层；为了符合实体电缆的结构，需在仿真软件materiallayers界面中对除导体外的结构进行分层处理。
第二，根据被测阻燃电缆类型和型号，确定阻燃电缆间距尺寸：
当被测阻燃电缆的横截面积低于35mm2时采用标准钢梯，试样最大宽度300mm，电缆试样延钢梯排布层数≥1，引燃源数为1；当被测阻燃电缆的横截面积高于35mm2时采用宽型钢梯，试样最大宽度600mm，电缆试样延钢梯排布层数＝1，引燃源数为2。由实施例的型号知被测阻燃电缆的横截面积超过35mm2，选用宽型钢梯，用两个引燃源，在宽型钢梯规定的试样最大宽度以内可以自由规划试样的根数与间距尺寸，但间距尺寸不得超过20mm。
第三，确定试验环境参数：
根据实体试验的环境标准设置仿真试验的环境参数，包括试验开始之前燃烧室内恒定温度20℃、进风口空气流速5000l/min、燃烧室内初始压强1bar。
第四，确定引燃源的供火时间：
阻燃电缆的阻燃等级分为四类分别为a、b、c、d，a类和b类阻燃电缆的供火时间为40min，c类和d类阻燃电缆的供火时间为20min。
试验的引燃源水平放置，距电缆试样前表面75mm，距试验箱底部600mm，并与钢梯轴线对称，引燃源供火点距试样下端至少500mm，每个引燃源提供(20.5±0.5)kw的热量。
对于步骤s3，主要是在阻燃电缆系统模型中设置氧气浓度、温度值、烟气浓度传感器后进行燃烧仿真。图2中灰色球状物体即为传感器。
传感器可对电缆表面和燃烧室内不同位置的氧气浓度、温度值、烟气浓度进行动态监测，通过仿真计算可得出传感器监测的相应参数随时间变化的数据和曲线。
对于步骤s4，主要是在仿真计算结束后利用设置的传感器读取燃烧过程中的氧气浓度、温度值、烟气浓度随时间变化数据。实施例中一个氧气浓度传感器得出的氧气浓度随时间变化曲线如图3所示。根据所得数据对电缆燃烧情况进行多方位分析，判断阻燃电缆是否符合国家标准。
本发明同时考虑了阻燃电缆结构、绝缘和护套材料属性、间距尺寸、试验环境对电缆燃烧试验的影响，克服了实体电缆燃烧试验成本高、灵活性差、环境污染大等缺点。在上述实施方式中，电缆的多层结构、电缆绝缘和护套材料属性、电缆的间距尺寸等，可根据不同的电缆型号和工况对参数进行部分修改，可见本发明具有良好的机动性和交互性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含与本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或示例。
以上所述实施例表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。