船舶机舱火灾热流场特性研究

【摘要】：船舶火灾在世界上被公认为最难扑救的火灾之一,它是船舶海难中较常见且危险性较大的一种事故。船舶火灾不仅威胁船舶本身、船上人员、货物等的安全,严重的还会导致人身伤亡和巨大的财产损失,甚至造成无法估量的环境破坏。 机舱是船舶的动力源,是船舶的心脏,船舶的推进以及船上其它所有设备和系统所需要的各种能源均来自机舱。机舱内有各种运转着的机器和电器设备,又有大量油料及其它可燃物,如若不慎,很容易导致火灾。机舱内一旦着火,由于设备管线众多、通道狭窄,探火和扑救都非常困难,极易失去控制而造成重大损失。进行船舶机舱火灾的研究,对预防和扑救机舱火灾具有十分重要的意义。 本论文以NIST开发的FDS程序为平台,采用LES方法对船舶机舱火灾热流场特性和规律进行了研究。主要完成以下几项工作: 首先,建立适用于火灾计算的数学物理模型。火灾场内的流动属于多组分、低马赫数浮力流,依据这一特点对描述质量、动量和能量输运的通用方程组进行合理地简化和变形。对火的描述采用混合分数燃烧模型,模型中忽略燃烧过程中的反应机理,应用了层流扩散火焰理论和单步不可逆快速反应假定。辐射模型中把火焰和烟气视作灰体,离散后辐射输运方程采用FVM方法进行求解。模型方程组的离散采用限差分法和交错网格系统,时间项的离散采用显式格式,空间项的离散采用二阶精度的有限差分格式。 其次,搭建了火灾实验平台,进行了室火轰燃的实验研究。采用耗氧原理测量火灾场的释热速率来研究室内火灾轰燃现象,得到了不同通风因子下轰燃的临界释热速率。实验结果与经验公式计算出的结果进行了比较,说明采用耗氧原理获得火灾场释热速率的方法对轰燃进行研究是可行的,且试验中能直接得到轰燃的临界释热速率。 第三,为验证程序的可靠性与通用性,对室火轰燃和其它两个有代表性和针对性的实验进行了模拟计算。室火轰燃的模拟计算中,研究了C_S的取值对计算结果的影响,当滤波宽度△=0.1m时,取C_S≈0.20较为合适:两相邻房间(舱室)内火灾情况下的模拟计算中,依据模拟结果对起火房间竖直壁面