基于PyroSim软件的腔室电缆火模拟方法、系统、介质及设备与流程

本发明涉及火灾科学数值模拟，具体地，涉及一种基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法、系统、介质及设备。

背景技术：

1、数值模拟技术是火灾科学研究的一个重要分支，由于火灾科学是一门实验科学，火灾科学的规律需要通过大量的火灾科学试验的开展来完成，而开展火灾科学试验研究往往花费大量的人力、物力和财力。因此，总结前人关于火灾科学规律的研究成果，采用数值模拟技术来开展火灾科学研究，可以大大节约开展实验研究花费的人力、物力和财力，对火灾科学问题开展先验研究及试验后数据的对比分析等，减少火灾科学试验研究的次数，总结发现火灾科学规律。

2、pyrosim软件是美国国家标准与技术研究院(national institute of standardsand technology)基于其多年的火灾科学试验研究以及业内的技术状态开发的火灾科学数值模拟软件，基于场区网复合模拟技术，对建筑物内的火灾科学过程开展数值研究。由于电子通信技术的发展，现代建筑(包括船舶以及其他工业场所)内部的电缆数量占比都急剧增加，电缆火引起的火灾在火灾事故中的占比越来越大，需要开展电缆火灾发生发展过程规律的相关研究。

3、对于单一的油类火灾，通常采用近似燃烧热值的单一烃类物质来模拟其燃烧过程。对于单一固体火灾(木材等)，通常采用碳化、热解的模型来模拟其燃烧过程。而电缆火可燃物包含复合橡胶、金属丝等，其燃烧模拟过程较单一油类火或者固体火的碳化热解过程更加复杂，需要进一步对电缆火的燃烧过程进行模拟研究。

4、专利文献cn111159960a(申请号：申请号：cn201911410721.9)公开了一种隧道内由电气故障引发电缆火灾的数值模拟方法，该方法包括以下内容，根据电缆隧道的结构和隧道内电缆的敷设情况，建立电缆隧道的物理模型，根据电缆隧道内故障电缆的位置和故障类型确定引发电缆隧道火灾的初始火源模型，将初始火源模型、电缆隧道中电缆的敷设情况等输入flash-cat模型，可得到隧道内火源的实时热释放速率，建立电缆隧道火灾的火源模型，将此火源模型直接导入到流体动力学计算软件fds中，在fds中设置电缆隧道模型的材料特性、边界条件，划分网格，进行数值计算，得到电缆隧道内温度、烟气浓度、火焰的蔓延、co浓度等随时间变化规律，实现电缆隧道火灾的危险性评估。然而该专利采用的技术手段和本发明不同，实现的技术效果也不一样。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法、系统、介质及设备。

2、根据本发明提供的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法，包括：

3、步骤1：根据电缆体积、塑套材质、金属材质以及塑套材质与金属材质的占比，在pyrosim软件内建立电缆模型；

4、步骤2：在电缆材质下方设置一高温热表面，采用电缆塑套材质，模拟电缆的热解过程；

5、步骤3：采用乙烯模拟电缆热解后的高温热解气体，开展乙烯气体燃烧过程的数值模拟，模拟其燃烧后腔室内的烟气浓度；

6、步骤4：在腔室内感烟探测器位置处设置烟浓度数据采集点，采集数据点的烟气浓度，记录烟浓度到达报警阈值的时刻；

7、步骤5：根据腔室电缆火数值模拟结果和探测器位置采集点的烟浓度达到报警阈值的时刻，预测腔室电缆火从起火到探测器报警的报警时间。

8、优选的，所述步骤2包括：在电缆材质下方设置一高温热表面，温度范围为900℃～1500℃，并设置有时间触发器，在加热900s后撤离，采用固体可燃物热解过程来模拟电缆的热解过程，表达式为：

9、material→vs residue+vg,wh2o+vg,fhc…………(1)

10、其中：material表示可燃物；residue表示热解后的残留物；vs为反应中残留物的摩尔数；vg,w为反应中水的摩尔数；vg,f为反应中热解气的摩尔数。

11、优选的，采用乙烯燃烧模拟高温热解气体的燃烧过程，表达式为：

12、

13、优选的，通过燃料的分子量和烟颗粒的分子量，以及烟颗粒的生成系数，计算残留物的摩尔数，公式为：

14、

15、其中：wf为燃料的分子量；ws为烟颗粒的分子量；ys为烟颗粒的生成系数。

16、根据本发明提供的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟系统，包括：

17、模块m1：根据电缆体积、塑套材质、金属材质以及塑套材质与金属材质的占比，在pyrosim软件内建立电缆模型；

18、模块m2：在电缆材质下方设置一高温热表面，采用电缆塑套材质，模拟电缆的热解过程；

19、模块m3：采用乙烯模拟电缆热解后的高温热解气体，开展乙烯气体燃烧过程的数值模拟，模拟其燃烧后腔室内的烟气浓度；

20、模块m4：在腔室内感烟探测器位置处设置烟浓度数据采集点，采集数据点的烟气浓度，记录烟浓度到达报警阈值的时刻；

21、模块m5：根据腔室电缆火数值模拟结果和探测器位置采集点的烟浓度达到报警阈值的时刻，预测腔室电缆火从起火到探测器报警的报警时间。

22、优选的，所述模块m2包括：在电缆材质下方设置一高温热表面，温度范围为900℃～1500℃，并设置有时间触发器，在加热900s后撤离，采用固体可燃物热解过程来模拟电缆的热解过程，表达式为：

23、material→vs residue+vg,wh2o+vg,fhc…………(1)

24、其中：material表示可燃物；residue表示热解后的残留物；vs为反应中残留物的摩尔数；vg,w为反应中水的摩尔数；vg,f为反应中热解气的摩尔数。

25、优选的，采用乙烯燃烧模拟高温热解气体的燃烧过程，表达式为：

26、

27、优选的，通过燃料的分子量和烟颗粒的分子量，以及烟颗粒的生成系数，计算残留物的摩尔数，公式为：

28、

29、其中：wf为燃料的分子量；ws为烟颗粒的分子量；ys为烟颗粒的生成系数。

30、根据本发明提供的存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法的步骤。

31、根据本发明提供的电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法的步骤。

32、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

33、本发明可以用于预测腔室电缆火从起火到探测器报警的报警时间，所得结果可用于建筑物或者船舶舱室内的电缆火发展过程预测，开展对建筑物或者船舶的火灾探测报警系统设计或安全评估工作。

技术特征：

1.一种基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法，其特征在于，所述步骤2包括：在电缆材质下方设置一高温热表面，温度范围为900℃～1500℃，并设置有时间触发器，在加热900s后撤离，采用固体可燃物热解过程来模拟电缆的热解过程，表达式为：

3.根据权利要求1所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法，其特征在于，采用乙烯燃烧模拟高温热解气体的燃烧过程，表达式为：

4.根据权利要求2所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法，其特征在于，通过燃料的分子量和烟颗粒的分子量，以及烟颗粒的生成系数，计算残留物的摩尔数，公式为：

5.一种基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟系统，其特征在于，所述模块m2包括：在电缆材质下方设置一高温热表面，温度范围为900℃～1500℃，并设置有时间触发器，在加热900s后撤离，采用固体可燃物热解过程来模拟电缆的热解过程，表达式为：

7.根据权利要求5所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟系统，其特征在于，采用乙烯燃烧模拟高温热解气体的燃烧过程，表达式为：

8.根据权利要求6所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟系统，其特征在于，通过燃料的分子量和烟颗粒的分子量，以及烟颗粒的生成系数，计算残留物的摩尔数，公式为：

9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法的步骤。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的基于pyrosim软件的腔室电缆火模拟方法的步骤。

技术总结
本发明提供了一种基于PyroSim软件的腔室电缆火模拟方法、系统、介质及设备，包括：在PyroSim软件内建立电缆模型；模拟电缆的热解过程；采用乙烯模拟电缆热解后的高温热解气体，开展乙烯气体燃烧过程的数值模拟，模拟其燃烧后腔室内的烟气浓度；采集数据点的烟气浓度，记录烟浓度到达报警阈值的时刻；根据腔室电缆火数值模拟结果和探测器位置采集点的烟浓度达到报警阈值的时刻，预测腔室电缆火从起火到探测器报警的报警时间。本发明可以用于预测腔室电缆火从起火到探测器报警的报警时间，所得结果可用于建筑物或者船舶舱室内的电缆火发展过程预测，开展对建筑物或者船舶的火灾探测报警系统设计或安全评估工作。

技术研发人员：张孝华,肖霞,余烨,张诗琪
受保护的技术使用者：上海船舶电子设备研究所（中国船舶集团有限公司第七二六研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12