船舶頂部開口艙室油池火災模擬實驗研究.pdf

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

2、種直徑的庚烷油池火的實驗研究，水平的方形開口位于實驗艙的頂部拐角，其大小由25cm2(5cm×5cm)增大到900cm2(30cm×30cm)。實驗研究了不同開口尺寸對池火燃燒過程的影響；隨后對熱煙氣在艙室內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過程開展了研究；最后分析了頂部開口艙室中火災環(huán)境下的傳熱模式，探討了熱量在艙室內的分配規(guī)律，并建立了頂部開口艙室火災動力學模型。論文的具體工作包括：
　　 分析了不同開口

3、尺寸對池火發(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，且開口尺寸對質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)進行燃燒，其卷吸的氧氣含量在經(jīng)歷一個下降階段后，保持在一個相對恒定的值直至火焰熄滅，且由于

4、達到沸騰燃燒狀態(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煙氣的填充過程。通過對比分析發(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中，煙氣迅速沉降至艙室底部，在兩種熄滅模式下，整個艙室均可用“單區(qū)模型”來描述。根據(jù)“單區(qū)模型”假設，建立了頂部開口艙室中煙氣溫度預測模型，并發(fā)現(xiàn)在應用模型

5、時，隨著燃燒的進行，不斷增大熱損系數(shù)的取值，可以較好的預測煙氣溫度，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過程。利用激光散射法清晰的顯示出火災條件下冷熱氣體在頂部水平開口處的流動過程。當開口較小時，水平開口處形成“瞬時單向流”，且煙氣向外流出的時間占主導地位。隨著開口的增大，開口處轉變?yōu)椤半p向交換流”，熱煙氣流出的主導地位不斷減弱。通過計算不同流動方式下水平開

6、口兩側的壓力差和密度差，驗證了鹽水模擬實驗中獲得的從“單向流”向“雙向流”轉變的臨界壓力差，在火災條件下具有較好的適用性。當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；而當膨脹壓力差小于臨界值時，流體的流動方式為雙向流，流率取決于壓力差和密度差共同作用；而當壓力差為零時，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，且此時密度差引起的體積流率達到最大。最后，給出了熱煙氣和冷空

7、氣通過頂部水平開口的質量流率計算方法。隨著開口的增大，冷熱氣體通過開口的質量流率均增大，且在較大開口尺寸下，膨脹壓力差的作用可以忽略，空氣流入艙室的質量大于煙氣流出的質量。
　　 研究了頂部開口艙室中火災環(huán)境下的傳熱模式和熱量分配規(guī)律，并建立了火災參數(shù)的動力學預測模型。分析了頂部開口艙室中，火焰、氣體以及艙體之間的對流、輻射和傳導傳熱，并在熱量守恒方程的基礎上，計算發(fā)現(xiàn)火災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