船用铝合金与复合材料用防火材料导热系数研究

发布时间：2025-06-03 23:11

　　 [目的]随着铝合金和复合材料结构件规模化上舰,原有防火材料已无法满足新需求。鉴于此,研制的新型防火材料需获得合适的导热系数。[方法]以标准耐火试验样件为研究对象,建立防火材料导热系数的算法。首先,使用无限大平板非稳态传热模型,进行空间-时域离散,实现耐火分隔传热过程的计算。其次,建立火场传热模型,对材料表面传热系数和发射率2个参数进行近似处理,并验证该近似处理对背火面温度的计算结果不产生明显影响。最后,通过分析铝合金、复合材料与钢材的高温力学差异,确定防火材料背火面温度的限值。通过导热系数的迭代,计算防火材料背火面温度,得到满足要求的导热系数。以陶瓷棉为例计算背火面温度,并与前人试验结果对比。[结果]背火面温度的计算结果与试验结果相符,验证了所提算法的可靠性。利用此算法,得到该防火材料用于铝合金结构时,导热系数应不大于0.032 W·m^-1·K^-1;用于复合材料结构时,应不大于0.020 W·m^-1·K^-1。[结论]得到的导热系数可以为铝合金和复合材料结构用新型防火材料研制提供参考。

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图1 耐火分隔的传热环境

计算过程以《国际耐火试验和程序应用规则》[13]中规定的耐火分隔试样为研究对象，并做如下假设：1）耐火分隔试样是平板；2）根据船体舱壁的特点，耐火分隔试样的长度和宽度远大于其厚度；3）耐火分隔试样处于试验炉内，四周绝热条件良好；4）考虑到舰船火灾的舱室密闭性和耐火分隔形式，背火面....

图2 防火材料TB对h和ε的敏感度

为了验证TB对h和ε的敏感度，分别假设2种计算条件：一是h的取值范围为20～100W/（m2·K)[15]，间隔20取值，取ε=0.8；二是ε的取值范围为0.8～0.9[15]，间隔0.2取值，取h=50W/（m2·K）。基于上述计算条件得到的TB随h和ε的变化情况如图2所示....

图3 陶瓷棉在A级火场下的受火面与背火面温度变化

陶瓷棉防火材料的受火面和背火面温度与时间的关系如图3所示。按照A级耐火试验要求加热60min后，陶瓷棉背火面温度为204℃。远东防火试验中心曾对A60级舱壁进行了耐火试验[22]，试样的背面安装了9个热电偶（TC1～TC9）用于测量温升，试样尺寸为3m×3m，由5mm钢板....

图4 陶瓷棉在A60火场下背火面温升计算值与试验值[22]对比结果Fig.4 Comparison of temperature on reverse sides of

在铝合金结构防火材料背火面温度限制指标为200℃的条件下，对防火材料的导热系数进行计算。本文假设防火材料的敷设规模和形式与现有设计方法一致，即A60级火场防火分隔处敷设材料厚度δ=40mm,A30级防火分隔处敷设材料厚度δ=30mm。铝合金结构防火材料参数如表4所示。图4陶....

本文编号：4048956