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船舶机舱火灾特性的数值模拟研究
| 论文题名： | 船舶机舱火灾特性的数值模拟研究 |
| 关键词： | 船舶机舱;火灾特性;数值模拟;灭火策略 |
| 摘要： | 国家海洋战略的实施促进了我国船舶行业的新一轮快速发展，船舶的安全问题也随之越来越受到人们的重视。火灾是船舶安全的主要威胁之一，造成了重大人员伤亡和财产损失。船舶机舱作为船舶的动力来源，高温环境和易燃物并存的特点使其成为了船舶火灾发生频率最高的位置。由于船舶机舱在设计用途、舱室结构以及通风条件等方面的特殊性，船舶机舱火灾与已得到广泛研究的常规建筑火灾有着明显区别，近年来逐渐成为船舶安全领域的研究重点。对船舶机舱火灾的研究将有助于制定出具有针对性的灭火策略，同时也能为船舶的防火设计提供参考，具有重要的理论价值和应用前景。因此，本文对船舶机舱火灾发展规律特性开展了数值模拟研究。 本文以某型散货船机舱为研究对象，基于热驱动低马赫数可压缩流动模型对全尺寸船舶机舱火灾的发展过程进行了模拟，并通过相关火灾参数对船舶机舱火灾特性进行分析。首先，本文根据机舱原型进行合理简化得到相关几何模型，并对描述船舶机舱火灾过程的数值计算模型以及网格划分进行了介绍。然后，基于简化得到的船舶顶部开口舱室模型，分析了顶部开口和油池面积对船舶机舱火灾发展过程的影响，重点研究了不同通风条件下火灾的熄灭模式以及相应模式下舱室内温度、气体组分浓度和火焰形态等火灾参数的变化规律。最后，本文对实际船舶机舱火灾环境中存在的其他因素，如机舱内部管道和设备、油池位置分布的随机性以及舱室初始温度等对船舶机舱火灾发展过程的影响进行了分析。 研究结果表明，在不同顶部开口尺寸条件下，根据燃料消耗率等火灾参数的区别，船舶机舱火灾的熄灭模式可分为氧气控制型和燃料控制型，两种熄灭模式的临界水平通风因子为2000。火灾发展过程中，舱室内温度场在水平方向上分布均匀，而在竖直方向上则呈明显的分层现象；气体组分浓度的变化则具有阶段性特征，当顶部开口较小时，庚烷气体浓度在火灾后期将快速上升，因此，当采用封舱灭火策略时应注意防范爆燃等次生灾害的发生；火焰形态的变化可分为锥形火焰、脉动火焰、柱状火焰和游走火四个阶段，游走火现象的出现受火灾的熄灭模式影响。在实际船舶机舱火灾环境中，随着油池位置高度的增加，火灾的熄灭模式将发生转变，熄灭时间将延长，但从温度和氧气浓度角度分析，火灾的危害性则相对减小；舱室初始温度的升高将加速氧气浓度的下降和温度的上升，增大火灾的危害；机舱火灾发生时，由于烟气蔓延，相邻舱室内的温度也将快速上升，从而对相邻舱室的人员财产安全造成威胁。因此，在制定船舶机舱火灾的防范策略时也应对机舱相邻舱室的安全问题统筹考虑。 |
| 作者： | 许超逸 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 丛立新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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