低辐射热环境下消防织物热防护性能测评方法对比研究

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热防护性能的测评是消防服使用前的重要步骤,在消防织物热防护性能测评领域,低热辐射环境下的测试方法主要包括 RPP测试和SET测试,而两种测试方法织物热防护性能测评结果有很大差异。因此本文根据仪器相关的测试标准分析了RPP测试和SET测试的差异性,探讨仪器结构设计、测试原理与方法等方面的不同对热防护性能测试结果差异性的影响。主要研究内容和结论如下:  (1)测试仪设备的差异性剖析  本文基于RPP和SET测试织物热防护性能结果的差异性研究,根据测试标准对RPP和SET测试仪的差异性进行了分析。在结构上的差异:包括热源的类型、传感器的选择;在测试原理与方法上的差异:包括空气层厚度的设置、测试程序的选择、预测模型的计算等方面,这些不同可能会影响热量的传递而导致测试结果的差异性。  (2)仪器结构设计差异对比分析  根据仪器结构设计的不同,分别分析热源强度、传感器的不同对测试结果差异性的影响,同时对比各仪器测试结果的稳定性。研究表明:热源强度的大小对织物的两种测试仪器测得的织物热防护性能结果的差异性影响显著。SET测试仪的黑色陶瓷发热板提供了稳定的热源,RPP测试仪在21kW/m2、8.5 kW/m2热源强度下校正热流密度比较稳定,6.3 kW/m2热源强度下校正热源波动性较大。  传感器是影响RPP与SET测试仪测评结果差异性的重要因素,尤其是在长时间低辐射热环境中的测试。究其原因,一方面是在热暴露过程中铜片吸收的热量可能会达到极限,传感器低估了温度的上升从而使得采集的热流密度偏小;另一方面是 RPP测试中,数据采集没有考虑铜盘的热损失,所以通过传感器采集到的热流密度也可能会低估实际火场环境中的热流密度值,而过高的估计织物热防护性能。  从测试结果稳定性来看,在低辐射热环境中,SET测试仪的测试结果更稳定。另外,织物的厚度、织物表面平整度、是否易碳化等基本物化性质也会影响两个仪器测试结果的稳定性。  (3)测试程序、空气层设置差异对比分析  分析测试程序、空气层设置等因素对热防护性能测评结果的影响。研究表明:空气层是热的不良导体,增加空气层可以提高织物热防护性能;空气层对两种测试仪器测得的织物热防护性能结果的差异性影响显著;随着空气层厚度的变化,通过RPP和SET测试所得的热防护性能变化规律也不同,空气层的设置会增加织物热暴露阶段的蓄热作用,设定不同的空气层厚度后,在空气层中进行的热交换方式可能改变。  测试程序的不同是导致RPP与SET测试仪测试结果差异性的重要原因,RPP测试只考虑了热暴露阶段织物对外界环境热的阻隔作用,织物在热暴露阶段蓄积大量的热量,在热暴露结束后的冷却加压阶段蓄积的热量释放,会加速烧伤。织物的厚度会影响其在热暴露过程中的蓄热作用,RPP测试,织物厚度与热防护性能呈现显著的正相关,而SET测试,织物厚度与热防护性能的相关显著程度与RPP测试相比明显下降。  (4)对比分析不同烧伤预测计算方法的差异性  烧伤预测模型也是造成RPP与SET测试仪测试结果差异性的因素。RPP测试中使用Stoll准则预测烧伤,SET测试中使用Henriques模型预测烧伤。本文从烧伤预测计算方法的角度,分析 Stoll准则和Henriques预测模型预测烧伤结果的差异性,并从定量的层面,探索造成这种差异的内在原因。  研究表明:第一,热波形状可能是导致两个模型预测烧伤结果差异性的原因;第二,Henriques模型的使用前提是需要跟经验烧伤数据进行校对,但校对的热流密度范围为3.935 kW/m2~78.697kW/m2,在范围之外的计算只能作为参考,可能也是两个模型预测烧伤差异性的原因。  通过皮肤表面累积能量指标,实现管理两种烧伤准则在同一尺度下的关联。首先根据数值分析Stoll准则和Henriques模型能量曲线的差异性,再根据织物热防护性能实验测试结果定量分析非矩形的热波形状对两种烧伤预测方法的影响。研究表明:假设入射热流密度是恒定的,采用 Stoll准则预测烧伤会低估织物烧伤的严重程度,非矩形的热波形状是两个模型预测烧伤结果差异性的重要原因。建议Henriques模型使用前应该与经验燃烧数据进行比对校正。  本课题从仪器结构设计、测试原理与方法两个角度,剖析其不同对两种测评方法结果差异的影响,探讨测试设备和方法中存在的问题和局限性,并提出操作方法的关键注意点,为未来使用 RPP和 SET方法进行织物热防护性能测评时,提供用于合理正确解读相关测评结果的参考性建议,并为未来测试设备和方法的不断改进提供数据支撑。
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