纯电动公交车火灾特性的数值模拟研究

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随着城市新能源公共交通的大力推广,纯电动公交车的市场占比越来越高。纯电动公交车搭载的动力电池位置多变,且电池模组一旦自燃,火焰蔓延速度极快,易释放毒气,同时极易复燃而难以彻底扑灭,造成乘员的生命财产损失并引发社会舆论对纯电动汽车安全问题的质询。因此纯电动公交车对火灾安全性的要求更高,研究分析其火灾特性具有重要意义。本文以西安市某路纯电动公交车作为模拟对象,将车厢内部材料燃烧试验和FDS(Fire Dynamics Simulator)数值模拟相结合,对纯电动公交车车厢内发生火灾时的燃烧特性及发展规律进行了分析和研究。首先,通过应用锥形量热仪对该公交车内部四种可燃材料进行了燃烧试验,获得材料的燃烧特性参数,分别从点燃危险性、热释放速率、烟气毒性等方面对材料进行了分析评价。然后通过FDS对锥形量热仪燃烧室部分进行建模,采用了一种模拟复合材料燃烧的参数计算方法进行数值模拟,经与试验结果对比,仿真结果与试验数据吻合度较好,验证了该参数计算方法的可行性,以及FDS模拟的可靠性。其次,在该车实际结构及零部件几何尺寸和物理参数的基础上,对建模部分进行了合理的简化。研究了测点与监测面布置、火源燃烧类型、网格尺寸和计算区域的划分等设置方法,并以锥形量热仪燃烧试验参数作为数据基础,设置了车厢内部材料的燃烧模型。综上建立了基于FDS的纯电动公交车火灾数值模拟模型。最后,设置了典型工况、不同门窗开口工况、不同火源因素工况和不同环境风工况等四大类共计22组火灾工况。通过曲线、等值线、2D切面等视图,分别从车厢内热释放速率、平均温度、气体组分浓度、烟气蔓延及运动等方面对各类工况进行探讨和分析,归纳和总结了数值模拟结果,得到不同影响因素下该公交车车厢内发生火灾时的燃烧特性和发展规律。本文的研究过程与结论可为纯电动公交车的安全设计、火灾防控和其他进一步的研究提供参考。
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