飛機(jī)貨艙環(huán)境頂棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征及溫度分布規(guī)律研究.pdf

1、飛機(jī)貨艙火災(zāi)如果得不到有效控制，可能導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)生災(zāi)難性的安全事故，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。貨艙火災(zāi)探測(cè)是預(yù)防飛機(jī)火災(zāi)事故的關(guān)鍵。目前飛機(jī)貨艙采用的煙霧探測(cè)器存在高誤報(bào)率的問(wèn)題。高誤報(bào)率不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還容易帶來(lái)由應(yīng)急處置不當(dāng)引發(fā)的惡性事故。研究表明多傳感器復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器可有效地降低誤報(bào)率，且探測(cè)器多安裝于貨艙頂棚處，因此清晰認(rèn)識(shí)飛機(jī)貨艙頂棚射流區(qū)煙氣特征是提高火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵。旨在為飛機(jī)貨艙復(fù)合火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研制提

2、供理論基礎(chǔ)，本文針對(duì)飛機(jī)貨艙環(huán)境（火源位置和低氣壓環(huán)境）下的頂棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征及溫度分布規(guī)律開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)和理論研究。主要的研究工作包括:
　　分析了火源水平位置對(duì)飛機(jī)貨艙頂棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征的影響。實(shí)驗(yàn)中，將火源分別放置與貨艙中部、近壁處和墻角處。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)火源靠近壁面時(shí)，質(zhì)量損失速率、腔室內(nèi)氣體平均溫升和O2消耗量均增加;表明腔室熱反饋?zhàn)饔脧?qiáng)于氧氣受限效應(yīng)。同時(shí)，煙氣層界面會(huì)提高，使煙氣流動(dòng)更加貼近頂棚，煙氣密度和其增加速

3、率也隨之增大。因此，穩(wěn)定階段的CO濃度及其增長(zhǎng)速率和頂棚最高溫升均有所提升?；鹪此轿恢脤?duì)CO2濃度和相對(duì)濕度影響較小，CO2濃度略有增加，而相對(duì)濕度略有減小?；贖eskestad火羽流模型，修改鏡像理論系數(shù)，建立了不同火源水平位置下頂棚最高溫升預(yù)測(cè)模型;并修正了系數(shù)，使其適用于火災(zāi)早期階段。研究發(fā)現(xiàn)頂棚溫度衰減速率受火源水平位置影響較小;基于Heskestad和Delichatsios模型，給出了頂棚溫度衰減模型，其預(yù)測(cè)結(jié)果比Alp

4、ert、Heskestad和Delichatsios、指數(shù)模型更加接近實(shí)驗(yàn)值。同時(shí)，進(jìn)一步驗(yàn)證了Alpert和修正的Heskestad和Delichatsios模型在早期階段的適用性。
　　揭示了火源抬升高度對(duì)飛機(jī)貨艙頂棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征及溫度分布規(guī)律的影響效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，火源位置抬升時(shí)，質(zhì)量損失速率與火源行為有關(guān);火焰碰撞頂棚后，來(lái)自擴(kuò)展火焰的熱反饋會(huì)使質(zhì)量損失速率增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明早期階段煙氣層界面基本維持不變，但煙氣前鋒上

5、移，說(shuō)明由于空氣卷吸范圍變窄，煙氣流動(dòng)會(huì)貼近頂棚。因此，頂棚溫度及其下方CO、CO2濃度增加，O2濃度減少。對(duì)于火源位置較高情況，前60 s內(nèi)相對(duì)濕度會(huì)增加，因此采用濕度傳感器的火災(zāi)探測(cè)器需考慮該變化值。研究發(fā)現(xiàn)不同火源高度的頂棚最高溫升符合McMaffrey提出的三區(qū)域分布特征;并據(jù)此建立了其頂棚最高溫升預(yù)測(cè)公式。揭示了火源抬升高度會(huì)影響頂棚溫度衰減速率，頂棚溫度衰減規(guī)律符合指數(shù)模型，并給出了具體表達(dá)式。
　　研究了飛機(jī)貨艙氣壓

6、環(huán)境(70 kPa-100 kPa)中頂棚射流區(qū)火災(zāi)煙氣特征及溫度分布規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了質(zhì)量損失速率與壓力呈指數(shù)關(guān)系廊∞A·Px，指數(shù)系數(shù)在0至1范圍內(nèi)。同時(shí)，腔室內(nèi)氣體平均溫升和O2消耗量隨著壓力降低而增加，表明質(zhì)量損失速率主要受氧氣受限控制。低壓環(huán)境下，煙氣流動(dòng)貼近頂棚，煙氣層界面和煙氣前鋒升高。煙氣密度與壓力呈指數(shù)關(guān)系，K∝ Px2，x2約為0.946，擴(kuò)展了前人研究結(jié)果的應(yīng)用范圍。此時(shí)，CO濃度最大值增加，增長(zhǎng)速率與壓力呈負(fù)指

7、數(shù)關(guān)系;CO2增長(zhǎng)速率和相對(duì)濕度減少量略有減少。頂棚最高溫升隨著壓力的降低而增加;引入卷吸系數(shù)比Cα，建立了適用于低壓情況下的頂棚最高溫升預(yù)測(cè)公式。低壓下頂棚溫度衰減比常壓情況更快;在Alpert、Heskestad和Delichatsios模型基礎(chǔ)上，引入卷吸系數(shù)比Cα，修正了頂棚溫度衰減規(guī)律關(guān)系式;且發(fā)現(xiàn)了基于Heskestad和Delichatsios模型的預(yù)測(cè)公式精確度高于Alpert模型。
　　研究了火源水平位置和低壓共

8、同作用對(duì)頂棚射流特征參數(shù)的影響。當(dāng)火源靠近壁面時(shí)，相同低壓環(huán)境中質(zhì)量損失速率增加，且其與壓力呈指數(shù)關(guān)系m∞A·Px。共同作用下腔室內(nèi)氣體平均溫度升高，熱反饋?zhàn)饔迷鰪?qiáng);且低壓下中央火O2消耗量最大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明共同作用下煙氣流動(dòng)更加貼近頂棚，使煙氣層界面和煙氣前鋒升高，且煙氣密度與壓力依然符合指數(shù)關(guān)系，K∝Px2，x2仍為O.946。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，CO濃度最大值增加迅猛，且其增長(zhǎng)速率與壓力依然呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。當(dāng)火源靠近壁面時(shí)，CO2濃度最大值及