CN113094813A - 轨道车辆防火隔断的设计方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道车辆防火隔断的设计方法、系统、设备及存储介质,利用防火隔断每层材料的热传导性能从内到外进行热传导迭代计算,从而得到背火面温度,再将背火面温度与标准值进行比较,即可判断设计的防火隔断是否满足标准要求,如果不满足标准要求,则可以根据比较结果对防火隔断每层材料的选用进行指导,根据指导重新进行材料和热传导系数的赋值,重新进行试验、温度计算和判断,直到满足标准要求;该设计方法通过仿真对设计的防火隔断进行性能验证,为设计满足性能要求的防火隔断提供了依据,提高了防火隔断通过耐火性能试验的概率,降低了耐火性能试验的次数,从而降低了试验时间和成本。
Description
技术领域
本发明属于轨道车辆技术领域,尤其涉及一种轨道车辆防火隔断的设计方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
目前轨道车辆尤其是机车和客运车辆均有设置防火隔断装置。该装置可以在发生火情时有效的阻止火焰蔓延,进而保护司乘人员和乘客免受火灾伤害,同时也可以为司乘人员和乘客提供更多逃生时间。防火隔断一般由骨架结构、隔热材料、密封材料等组成。防火隔断根据相关防火标准的要求,一般要求耐火性能为完整性、隔热性15分钟,部分防火隔断需要能够承受更长时间的耐火性能验证,同时需要开展相关试验来验证其防火性能。
如图1所示,试验过程中需将防火隔断样件2的受火面21置于标准试验炉1内,在防火隔断样件2的背火面22布置温度传感器,实时监测背火面22的温度变化,通过背火面22的温度变化来验证防火隔断样件2的耐火性能。
目前,防火隔断验证均需要生产样件并交付至具有资质的试验室进行耐火性能验证试验,只有在试验完成后才能判断防火隔断的设计是否满足标准要求。如果试验不通过,则需要更改设计方案,重新制作样件并重复开展试验,直至试验结果满足标准要求。
这种验证方式极大地耗费了防火隔断样件的制作成本及试验成本。
发明内容
本发明的目的在于,针对现有技术中防火隔断耐火试验耗费时间长、成本高的问题,提供一种轨道车辆防火隔断的设计方法、系统、设备及存储介质,避免多次重复耐火试验,降低试验时间和成本。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的:一种轨道车辆防火隔断的设计方法,包括:
步骤1:构建防火隔断模型,并对所述防火隔断模型进行分层,确定层数;
步骤2:对所述防火隔断模型的每层进行材料及热传导系数赋值;
步骤3:构建标准试验炉模型,根据所述防火隔断模型限制所述标准试验炉模型的边界,设所有边界不对外产生热交换;
步骤4:将赋值后的防火隔断模型置于所述标准试验炉模型内进行耐火试验,按照标准温升公式控制所述标准试验炉模型的炉内温度;
步骤5:对所述防火隔断模型逐层进行热传导迭代计算,得到所述防火隔断模型的背火面温度,并绘制所述背火面温度随时间变化的曲线;
步骤6:将某时间对应的背火面温度与标准温度值、背火面平均温升与标准平均温升、以及背火面最大温升与标准最大温升进行比较,判断所述防火隔断的设计是否满足标准要求;如果满足标准要求,则将按照所述防火隔断制作样件,并送检;否则转入步骤7;
步骤7:根据比较结果调整所述防火隔断模型每层的材料及热传导系数,并重复步骤3~6,直到满足标准要求。
本发明利用防火隔断每层材料的热传导性能从内到外(即从受火面到背火面)进行热传导迭代计算,从而得到背火面温度,再将背火面温度与标准值进行比较,即可判断设计的防火隔断是否满足标准要求,如果不满足标准要求,则可以根据比较结果对防火隔断每层材料的选用进行指导,根据指导重新进行材料和热传导系数的赋值,重新进行试验、温度计算和判断,直到满足标准要求;该设计方法通过仿真对设计的防火隔断进行性能验证,为设计满足性能要求的防火隔断提供了依据,提高了防火隔断通过耐火性能试验的概率,降低了耐火性能试验的次数,从而降低了试验时间和成本。
进一步地,所述步骤1中,防火隔断模型从内到外依次包括受火层、第一中间层、第二中间层以及背火层。
进一步地,所述步骤4中,标准温升公式为:
T=345log10(8t+1)+20
其中,t表示时间,T表示炉内温度。
进一步地,所述步骤5中,热传导迭代计算公式为:
其中,ΔT表示第n层到第m层的温度变化值;Φ表示导热速率,为常量;δi表示第i层厚度;Ai表示第i层面积;λi表示第i层材料导热系数。
本发明还提供一种轨道车辆防火隔断的设计系统,包括:
第一模型构建单元,用于构建防火隔断模型,并对所述防火隔断模型进行分层,确定层数;
赋值单元,用于对所述防火隔断模型的每层进行材料及热传导系数赋值;
第二模型构建单元,用于构建标准试验炉模型,根据所述防火隔断模型限制所述标准试验炉模型的边界,设所有边界不对外产生热交换;
试验单元,用于将赋值后的防火隔断模型置于所述标准试验炉模型内进行耐火试验,按照标准温升公式控制所述标准试验炉模型的炉内温度;
温度计算单元,用于对所述防火隔断模型逐层进行热传导迭代计算,得到所述防火隔断模型的背火面温度,并绘制所述背火面温度随时间变化的曲线;
判断单元,用于将某时间对应的背火面温度与标准温度值、背火面平均温升与标准平均温升、以及背火面最大温升与标准最大温升进行比较,判断所述防火隔断的设计是否满足标准要求;如果满足标准要求,则将按照所述防火隔断制作样件,并送检;否则根据比较结果调整所述防火隔断模型每层的材料及热传导系数,并进行试验、温度计算以及判断,直到满足标准要求。
本发明还提供一种设备,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上所述轨道车辆防火隔断的设计方法。
本发明还提供一种存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上所述轨道车辆防火隔断的设计方法。
有益效果
与现有技术相比,本发明的优点在于:
通过防火隔断模型和标准试验炉模型来模拟和计算防火隔断的耐火性能,验证了防火隔断各层组成材料的耐火性能,为设计满足性能要求的防火隔断提供了依据,简化了防火隔断的设计过程和验证过程,提高了防火隔断通过耐火性能试验的概率,降低了耐火性能试验的次数,从而降低了试验时间和成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明背景技术中防火隔断试验装置的结构示意图;
图2是本发明实施例中一种轨道车辆防火隔断的设计方法流程图;
图3是本发明实施例中防火隔断模型+标准试验炉模型的结构示意图;
其中,1-标准试验炉(图1中)或标准试验炉模型(图3中),2-防火隔断样件(图1中)或防火隔断模型(图3中),21-受火面,22-背火面,23-受火层,24-第一中间层,25-第二中间层,26-背火层,3-标准试验炉外部隔热材料。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图2所示,本实施例所提供的一种轨道车辆防火隔断的设计方法,包括以下步骤:
步骤1:构建防火隔断模型2,并对防火隔断模型2进行分层,确定层数。
如图3所示,将设计的防火隔断视作多层材料结构,根据防火隔断的结构将防火隔断分成四层,从内到外依次为受火层23(即第一层)、第一中间层24(即第二层)、第二中间层25(即第三层)以及背火层26(即第四层),则层数为4。内是指靠近标准试验炉的一侧,外是指远离标准试验炉的一侧。防火隔断模型2的构建采用二维或三维建模软件来实现。
步骤2:对防火隔断模型2的每层进行材料及热传导系数赋值。
由于防火隔断每层的材料不同,因此每层的热传导系数也不同,根据设计的防火隔断每层的材料给对应层赋该材料对应的热传导系数。例如给受火层23赋予设计时受火层23所选用材料以及该材料对应的热传导系数。
步骤3:构建标准试验炉模型1,根据防火隔断模型2限制标准试验炉模型1的边界,设所有边界不对外产生热交换。
根据标准试验炉的尺寸结构构建标准试验炉模型1,同理,模型的构建可以在三维软件中实现。
步骤4:将赋值后的防火隔断模型2置于标准试验炉模型1内进行耐火试验,按照标准温升公式控制标准试验炉模型1的炉内温度。
控制炉内温度的标准温升公式为:
T=345log10(8t+1)+20
其中,t表示时间,T表示炉内温度。
步骤5:对防火隔断模型2逐层进行热传导迭代计算,得到防火隔断模型2背火面温度,并绘制背火面温度随时间变化的曲线。
从第一层开始,通过热传导迭代计算可以得到第二层温度,再通过热传导迭代计算可以得到第三层温度,依次类推可以得到背火面温度,即模拟了温度传感器检测背火面温度的过程,根据欧洲EN1363-1耐燃极限测试试验标准可以得到要求监测时间内的背火面温度,例如15分钟内的背火面温度,从而可以绘制出监测时间~背火面温度曲线。
本实施例中,热传导迭代计算公式为:
其中,ΔT表示第n层到第m层的温度变化值;Φ表示导热速率,为常量;δi表示第i层厚度;Ai表示第i层面积;λi表示第i层材料导热系数。本实施例中,从受火层到背火层一共有四层,即n=1,m=4,因此,从受火层到背火层的热传导迭代计算公式为
则背火面温度的计算公式为:Tb=ΔT+Th,其中,Tb表示背火面温度,Th表示环境温度。
步骤6:将某时间对应的背火面温度与标准温度值、背火面平均温升与标准平均温升、以及背火面最大温升与标准最大温升进行比较,判断防火隔断的设计是否满足标准要求;如果满足标准要求,则将按照防火隔断制作样件,并送检;否则转入步骤7。
满足标准要求,则根据设计的防火隔断制作样件,再交付至具有资质的试验室进行耐火性能验证试验,提高了耐火性试验的通过率,降低了样件重新制作概率,降低了耐火性试验的重复次数,降低了试验成本和时间。
步骤7:根据比较结果调整防火隔断模型2每层的材料及热传导系数,并重复步骤3~6,直到满足标准要求。
如果不满足标准要求,则根据比较结果,针对防火隔断的薄弱层修改其材料和热传导系数,重新进行耐火仿真试验、热传导迭代计算以及判断,直到满足标准要求。
本实施例还提供一种轨道车辆防火隔断的设计系统,包括:
第一模型构建单元,用于构建防火隔断模型2,并对所述防火隔断模型2进行分层,确定层数。
如图3所示,将设计的防火隔断视作多层材料结构,根据防火隔断的结构将防火隔断分成四层,从内到外依次为受火层23(即第一层)、第一中间层24(即第二层)、第二中间层25(即第三层)以及背火层26(即第四层),则层数为4。
赋值单元,用于对所述防火隔断模型2的每层进行材料及热传导系数赋值。
由于防火隔断每层的材料不同,因此每层的热传导系数也不同,根据设计的防火隔断每层的材料给对应层赋该材料对应的热传导系数。例如给受火层23赋予设计时受火层23所选用材料以及该材料对应的热传导系数。
第二模型构建单元,用于构建标准试验炉模型1,根据所述防火隔断模型2限制所述标准试验炉模型1的边界,设所有边界不对外产生热交换;
试验单元,用于将赋值后的防火隔断模型2置于所述标准试验炉模型1内进行耐火试验,按照标准温升公式控制所述标准试验炉模型1的炉内温度。
控制炉内温度的标准温升公式为:
T=345log10(8t+1)+20
其中,t表示时间,T表示炉内温度。
温度计算单元,用于对所述防火隔断模型2逐层进行热传导迭代计算,得到所述防火隔断模型2的背火面温度,并绘制所述背火面温度随时间变化的曲线。
从第一层开始,通过热传导迭代计算可以得到第二层温度,再通过热传导迭代计算可以得到第三层温度,依次类推可以得到背火面温度,即模拟了温度传感器检测背火面温度的过程,根据欧洲EN1363-1耐燃极限测试试验标准可以得到要求监测时间内的背火面温度,例如15分钟内的背火面温度,从而可以绘制出监测时间~背火面温度曲线。
本实施例中,热传导迭代计算公式为:
其中,ΔT表示第n层到第m层的温度变化值;Φ表示导热速率,为常量;δi表示第i层厚度;Ai表示第i层面积;λi表示第i层材料导热系数。本实施例中,从受火层到背火层一共有四层,即n=1,m=4,因此,从受火层到背火层的热传导迭代计算公式为
则背火面温度的计算公式为:Tb=ΔT+Th,其中,Tb表示背火面温度,Th表示环境温度。
判断单元,用于将某时间对应的背火面温度与标准温度值、背火面平均温升与标准平均温升、以及背火面最大温升与标准最大温升进行比较,判断所述防火隔断的设计是否满足标准要求;如果满足标准要求,则将按照所述防火隔断制作样件,并送检;否则根据比较结果调整所述防火隔断模型2每层的材料及热传导系数,并进行试验、温度计算以及判断,直到满足标准要求。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或变型,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种轨道车辆防火隔断的设计方法,其特征在于,包括:
步骤1:构建防火隔断模型,并对所述防火隔断模型进行分层,确定层数;
步骤2:对所述防火隔断模型的每层进行材料及热传导系数赋值;
步骤3:构建标准试验炉模型,根据所述防火隔断模型限制所述标准试验炉模型的边界,设所有边界不对外产生热交换;
步骤4:将赋值后的防火隔断模型置于所述标准试验炉模型内进行耐火试验,按照标准温升公式控制所述标准试验炉模型的炉内温度;
步骤5:对所述防火隔断模型逐层进行热传导迭代计算,得到所述防火隔断模型的背火面温度,并绘制所述背火面温度随时间变化的曲线;
步骤6:将某时间对应的背火面温度与标准温度值、背火面平均温升与标准平均温升、以及背火面最大温升与标准最大温升进行比较,判断所述防火隔断的设计是否满足标准要求;如果满足标准要求,则将按照所述防火隔断制作样件,并送检;否则转入步骤7;
步骤7:根据比较结果调整所述防火隔断模型每层的材料及热传导系数,并重复步骤3~6,直到满足标准要求。
2.如权利要求1所述的轨道车辆防火隔断的设计方法,其特征在于,所述步骤1中,防火隔断模型从内到外依次包括受火层、第一中间层、第二中间层以及背火层。
3.如权利要求1所述的轨道车辆防火隔断的设计方法,其特征在于,所述步骤4中,标准温升公式为:
T=345log10(8t+1)+20
其中,t表示时间,T表示炉内温度。
5.一种轨道车辆防火隔断的设计系统,其特征在于,包括:
第一模型构建单元,用于构建防火隔断模型,并对所述防火隔断模型进行分层,确定层数;
赋值单元,用于对所述防火隔断模型的每层进行材料及热传导系数赋值;
第二模型构建单元,用于构建标准试验炉模型,根据所述防火隔断模型限制所述标准试验炉模型的边界,设所有边界不对外产生热交换;
试验单元,用于将赋值后的防火隔断模型置于所述标准试验炉模型内进行耐火试验,按照标准温升公式控制所述标准试验炉模型的炉内温度;
温度计算单元,用于对所述防火隔断模型逐层进行热传导迭代计算,得到所述防火隔断模型的背火面温度,并绘制所述背火面温度随时间变化的曲线;
判断单元,用于将某时间对应的背火面温度与标准温度值、背火面平均温升与标准平均温升、以及背火面最大温升与标准最大温升进行比较,判断所述防火隔断的设计是否满足标准要求;如果满足标准要求,则将按照所述防火隔断制作样件,并送检;否则根据比较结果调整所述防火隔断模型每层的材料及热传导系数,并进行试验、温度计算以及判断,直到满足标准要求。
6.一种设备,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1~4中任一项所述轨道车辆防火隔断的设计方法。
7.一种存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1~4中任一项所述轨道车辆防火隔断的设计方法。
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