船舶頂部開口艙室油池火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、作為典型受限艙室火災(zāi)的一種，發(fā)生在機(jī)艙等船舶頂部開口艙室內(nèi)的火災(zāi)具有易發(fā)、頻發(fā)和危害性大的特點(diǎn)，且由于其開口位置的特殊性，導(dǎo)致頂部開口艙室中的火災(zāi)發(fā)展過程與具有門窗等豎直開口的普通建筑空間火災(zāi)有很大的不同。因此，研究船舶頂部開口艙室中火災(zāi)的發(fā)展過程，對(duì)認(rèn)識(shí)頂部開口艙室火災(zāi)的發(fā)展規(guī)律以及火災(zāi)的控制和撲救具有重要的意義。
　　 本文在100cm(長)×100cm(寬)×75cm(高)的實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，開展了10cm、14cm和20cm等三

2、種直徑的庚烷油池火的實(shí)驗(yàn)研究，水平的方形開口位于實(shí)驗(yàn)艙的頂部拐角，其大小由25cm2(5cm×5cm)增大到900cm2(30cm×30cm)。實(shí)驗(yàn)研究了不同開口尺寸對(duì)池火燃燒過程的影響；隨后對(duì)熱煙氣在艙室內(nèi)的填充過程以及熱煙氣和冷空氣在頂部水平開口處的交換流動(dòng)過程開展了研究；最后分析了頂部開口艙室中火災(zāi)環(huán)境下的傳熱模式，探討了熱量在艙室內(nèi)的分配規(guī)律，并建立了頂部開口艙室火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模型。論文的具體工作包括：
　　 分析了不同開口

3、尺寸對(duì)池火發(fā)展過程的影響。根據(jù)火焰熄滅的原因，把池火分為“缺氧熄滅”模式和“燃料耗盡熄滅”模式等兩種模式下的燃燒。在“缺氧熄滅”模式下，隨著燃燒的進(jìn)行，火焰形態(tài)由穩(wěn)定的規(guī)則形狀變成在油池面上不斷游走的不穩(wěn)定形狀，火焰卷吸含氧量持續(xù)減少的成分不斷變化的煙氣混合物，且開口尺寸對(duì)質(zhì)量損失速率的影響甚微；在“燃料耗盡熄滅”模式下，火焰可以維持較為穩(wěn)定的形態(tài)進(jìn)行燃燒，其卷吸的氧氣含量在經(jīng)歷一個(gè)下降階段后，保持在一個(gè)相對(duì)恒定的值直至火焰熄滅，且由于

4、達(dá)到沸騰燃燒狀態(tài)的原因，燃燒速率有較為明始的增大。根據(jù)氧耗原理，計(jì)算發(fā)現(xiàn)給定艙室條件下，油池火的燃燒效率隨火源直徑的增大而減小。
　　 研究了頂部開口艙室中火災(zāi)煙氣的填充過程。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)基于溫度分層的煙氣層高度判斷方法在頂部開口艙室中具有很好的適用性。在頂部開口艙室火災(zāi)中，煙氣迅速沉降至艙室底部，在兩種熄滅模式下，整個(gè)艙室均可用“單區(qū)模型”來描述。根據(jù)“單區(qū)模型”假設(shè)，建立了頂部開口艙室中煙氣溫度預(yù)測(cè)模型，并發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用模型

5、時(shí)，隨著燃燒的進(jìn)行，不斷增大熱損系數(shù)的取值，可以較好的預(yù)測(cè)煙氣溫度，這也說明越來越多的熱量用于加熱艙體和通過艙室壁面向外散失。
　　 探討了熱煙氣和冷空氣在頂部水平開口處的流動(dòng)過程。利用激光散射法清晰的顯示出火災(zāi)條件下冷熱氣體在頂部水平開口處的流動(dòng)過程。當(dāng)開口較小時(shí)，水平開口處形成“瞬時(shí)單向流”，且煙氣向外流出的時(shí)間占主導(dǎo)地位。隨著開口的增大，開口處轉(zhuǎn)變?yōu)椤半p向交換流”，熱煙氣流出的主導(dǎo)地位不斷減弱。通過計(jì)算不同流動(dòng)方式下水平開

6、口兩側(cè)的壓力差和密度差，驗(yàn)證了鹽水模擬實(shí)驗(yàn)中獲得的從“單向流”向“雙向流”轉(zhuǎn)變的臨界壓力差，在火災(zāi)條件下具有較好的適用性。當(dāng)開口處膨脹壓力差大于臨界壓力差后，流體呈單向流方式通過開口，且體積流率主要由膨脹壓力差決定；而當(dāng)膨脹壓力差小于臨界值時(shí)，流體的流動(dòng)方式為雙向流，流率取決于壓力差和密度差共同作用；而當(dāng)壓力差為零時(shí)，開口處仍呈現(xiàn)雙向流特征，流體的流率由開口上下方的密度差控制，且此時(shí)密度差引起的體積流率達(dá)到最大。最后，給出了熱煙氣和冷空

7、氣通過頂部水平開口的質(zhì)量流率計(jì)算方法。隨著開口的增大，冷熱氣體通過開口的質(zhì)量流率均增大，且在較大開口尺寸下，膨脹壓力差的作用可以忽略，空氣流入艙室的質(zhì)量大于煙氣流出的質(zhì)量。
　　 研究了頂部開口艙室中火災(zāi)環(huán)境下的傳熱模式和熱量分配規(guī)律，并建立了火災(zāi)參數(shù)的動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型。分析了頂部開口艙室中，火焰、氣體以及艙體之間的對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)傳熱，并在熱量守恒方程的基礎(chǔ)上，計(jì)算發(fā)現(xiàn)火災(zāi)釋放出來的絕大部分熱流用于加熱艙室壁面并通過壁面向外散失