水平开口有限空间油池火燃烧特性分析

[目的]船舶机舱等有限空间通常具有顶部水平开口,开口位置和形状的特殊性导致其火灾燃烧特性与建筑火灾有着明显的区别。为了解和认识船舶机舱等顶部水平开口的火灾特性,[方法]通过改变开口面积和庚烷油池的尺寸,开展顶部开口有限空间火焰熄灭模式、火焰形态与燃烧速率等燃烧特性的实验研究。[结果]根据火灾熄灭原因,有限空间火灾发展过程分为O_2浓度不足导致的"缺氧熄灭"模式和可燃物耗尽导致的"燃料耗尽熄灭"模式。在"缺氧熄灭"模式中,烟气混合物被卷吸进入火焰参与燃烧过程,火焰自熄灭临界O_2浓度处于13%～16.5%,且火焰形态由稳定燃烧的形状变成在脱离油池并不断游走的状态。在"燃料耗尽熄灭"模式下,火焰形态较为稳定,并且由于沸腾燃烧导致燃烧后期燃烧速率有较为明显的增大。[结论]研究结果展示了顶部开口有限空间火灾的燃烧特性,对了解船舶舱室火灾的发展过程具有重要意义,并为船舱火灾扑救提供了理论支持。     

港口油池火的火灾特性研究

本文针对港口多货物和存在外界风的特点,利用实验对在外界风作用下临近双油池火的燃烧速率和火焰特征进行了研究。研究发现两个油池火的燃烧速率都随风速的增加而增加;将临近双油池火在外界风速下的平均燃烧速率与单个油池火在外界风速下的燃烧速率进行了对比,发现当外界风速较小时(包括风速为零),双油池火的平均燃烧速率大于单油池火的燃烧速率;当外界风速较大时,双油池火的燃烧速率小于单油池火的燃烧速率。双油池火的火焰高度高于单油池火火焰高度,火焰倾角小于单油池火。     

横向舱壁对火羽流作用的临界高度分析

分析舱室横向壁面对轴对称火羽流作用的理论临界高度,将舱室内油料火灾的羽流运动速度和质量卷吸量仿真计算结果与Zukoski,McCaffrey,Thomas-Hinkley及Heskestad经验羽流模型进行比较,给出较为合理的羽流模型,仿真计算结果验证了理论分析的正确性。     

机械排烟控制航母机库火灾烟气运动大涡模拟

航母机库火灾是影响航母安全的重要因素。为研究航母机库火灾防护与控制技术,采用低速气流运动控制方程组和湍流燃烧大涡模拟方法仿真分析机械排烟条件下航母机库油料火灾的蔓延与烟气运动规律。结果表明:针对本算例机库几何尺寸和油池火规模,机械排烟量介于300~600 m3/s,不仅会增高热烟气层高度、降低下层烟气温度,还会降低火源附近的热流密度;当机械排烟量不超过600 m3/s时,采用机械排烟对油池火蔓延的强化影响不显著;机械排烟使热烟气排出温度明显增加,选择风机需要考虑耐温要求。     

机械排烟控制航母机库火灾烟气运动大涡模拟

航母机库火灾是影响航母安全的重要因素。为研究航母机库火灾防护与控制技术,采用低速气流运动控制方程组和湍流燃烧大涡模拟方法仿真分析机械排烟条件下航母机库油料火灾的蔓延与烟气运动规律。结果表明：针对本算例机库几何尺寸和油池火规模,机械排烟量介于300~600 m3/s,不仅会增高热烟气层高度、降低下层烟气温度,还会降低火源附近的热流密度;当机械排烟量不超过600 m3/s时,采用机械排烟对油池火蔓延的强化影响不显著;机械排烟使热烟气排出温度明显增加,选择风机需要考虑耐温要求。     

基于水面边界的小尺度柴油池火焰高度及其周期振荡频率特性研究

以水面为边界的燃油燃烧常出现于海洋表面浮油的就地燃烧及各类工业生产过程中由于燃油泄漏而导致的火灾安全事故中.以柴油为燃料,针对直径为D=9.5 cm小尺度的圆形油池,分别以水层厚度1、2、3 cm为边界,对0.5～1.7 cm不同油层厚度的燃油火焰特性进行实验研究,从火焰形态学角度对火焰高度及其振荡频率进行分析,研究结果表明:火焰高度与水层厚度L_w和油池厚度L_0有较强的耦合关系,并基于经典的Thomas模型,建立适用于不同水层厚度边界的油池火焰高度预测模型.同时,以不同水面为边界的油池火焰振荡均呈现了周期性的收缩和膨胀特性,但其振荡频率却与L_0D/L_w之间存在反比例关系.     

船舶甲板流淌火蔓延仿真

文章给出一种数值模拟方法对船舶流淌火的蔓延规律进行研究。建立浅水方程模型并引入燃烧速率、泄漏速率、摩擦力作为浅水方程的源项，完整描述了流淌火蔓延的全过程。采用多物理仿真软件COMSOL对流淌火进行模拟仿真，通过添加“水源”和“域源”修正了COMSOL浅水流动模块内部的控制方程。建立液池-流淌槽的几何模型，并设计不同的边界条件和参数，模拟不同泄漏速率正庚烷流淌火蔓延过程。并将所获得的仿真结果与正庚烷流淌火实验结果相对比分析，研究结果表明：CFD模拟计算与流淌火实体试验的流淌火蔓延距离、稳定燃烧面积等误差均处于接受范围，流淌火的稳定燃烧面积与泄漏速率呈线性正相关。     

某散货船机舱火灾的数值计算与分析

机舱火灾的研究对于机舱防火设计、机舱灭火和火灾逃生有着重要意义.以FDS软件为平台,建立了某散货船机舱模型,采用大涡模拟的方法对机舱火灾的发生和发展过程进行仿真计算.得出不同时刻、不同高度时的烟气运动与火焰蔓延的变化规律,以及舱内温度场、碳烟质量浓度和CO浓度等分布情况.直观反映了散货船机舱火灾的发生和发展过程,相对传...     

开口舱室内细水雾与油池火相互作用的数值模拟

基于火灾动力模拟软件(Fire Dynamics Simulation,FDS)对开口舱室内细水雾与油池火的相互作用进行数值模拟,探讨当开口无气流流入和流入气流速度为2m/s时细水雾的灭火机理。研究结果表明,细水雾的灭火过程可以分为3个阶段:火焰温度快速下降阶段、火焰温度稳定阶段和火焰温度缓慢下降阶段。当开口无气流流入时,火焰熄灭是由细水雾蒸发冷却和隔氧窒息共同作用的结果;当开口流入气流速度为2m/s时,细水雾的蒸发冷却是致使火焰熄灭的主要原因。当开口无气流流入时,较小粒径的细水雾具有较好的灭火效果;当开口有气流流入时,较大粒径的细水雾具有较好的灭火效果。     

船舶大舱室油料火灾温度场特性及冷却压制研究

以仿真和试验为研究手段,对船舶超大空间内油池火的燃烧特性进行系统研究,结果显示,火灾发生时烟气沉降速度、温度上升速度非常快,灭火行动最好在2min内展开。同时,利用试验方法分别对多功能水枪和泡沫灭火系统的灭火效果展开研究。研究发现,使用多功能消防水枪对10m~2以内的油火进行控制时,灭火进攻的角度和开花水枪的使用对灭火效果有着直接影响,其中以同侧对角进攻的效果最佳,仅仅用时20 s就扑灭了10 m~2柴油火;而泡沫系统的灭火效率非常高,约20 s就很好地压制了14.6 m~2的油火灾,在30 s时彻底扑灭。这些研究结论可直接用来指导船舶大空间火灾的扑救工作。     

船舶大舱室油料火灾温度场特性及冷却压制研究

以仿真和试验为研究手段,对船舶超大空间内油池火的燃烧特性进行系统研究,结果显示,火灾发生时烟气沉降速度、温度上升速度非常快,灭火行动最好在2min内展开。同时,利用试验方法分别对多功能水枪和泡沫灭火系统的灭火效果展开研究。研究发现,使用多功能消防水枪对10m^2以内的油火进行控制时,灭火进攻的角度和开花水枪的使用对灭火效果有着直接影响,其中以同侧对角进攻的效果最佳,仅仅用时20 s就扑灭了10 m^2柴油火;而泡沫系统的灭火效率非常高,约20 s就很好地压制了14.6 m^2的油火灾,在30 s时彻底扑灭。这些研究结论可直接用来指导船舶大空间火灾的扑救工作。     

横向扰流条件下的喷射火脱火高度计算

通过对Thornton模型的深入分析,以其风力影响下的火焰抬升高度计算公式为基础,得出了横向风力条件下的喷射火脱火高度计算模型,进而根据扰流和风力产生脱火的本质相同,利用火焰倾角这一关键参数将扰流速度转化为同等条件下的风速,最终建立了横向扰流条件下的脱火高度计算模型,并设计了同步数据采集实验平台对该模型进行检验及修正,结果表明：模型仿真结果与实验结果变化趋势相同,但在数值上存在一定差别;根据实验数据添加修正系数后,计算模型与实验结果符合良好;脱火发生后,随着横向扰流速度的增大,脱火高度逐渐增大并趋于平缓;相同条件下,扰流喷口半径越大,形成的脱火高度越大。另外实验发现,达到脱火条件时,火焰存在“腾跃”现象,即火焰瞬间脱离燃气喷口上升到一定高度。     

船舶舱室油池火灾下甲板板架剩余极限强度分析

基于大涡模拟算法,使用FDS火灾动力学仿真软件模拟舱室火灾,将环境温度映射至结构有限元模型。考虑结构的初始缺陷和材料的高温热力学特性,采用顺序热力耦合算法计算甲板板架在火灾发展过程中的动态热力响应。基于显式动态算法研究板架轴向压缩时的高温剩余极限强度,并分析结构失效模式。计算结果表明,高温环境下的板架受到轴向压缩载荷时,由于横梁间加筋板发生崩溃而达到极限状态,且油池中心位于横梁间时更偏于危险;火灾发生前期,板架高温剩余极限强度衰减较快,后期趋缓。这项研究可为实际火灾场景下的船舶结构抗火设计与安全评估提供参考。     

封闭空间火灾烟气温度特性的数值模拟研究

封闭空间中火灾与一般开放空间中火灾具有许多不同的特点,运用火灾动力学仿真软件FDS,研究了不同油池尺寸下庚烷池火的烟气温度特性。结果表明：在封闭空间中,烟气可以分为上部温度较高的浓烟气层和下部温度较低的稀烟气层,分层高度大约在距地板0．25m高度处;油池尺寸越大,烟气温度越高。当油池大小为0．2m×0．2m时,烟气温度能到达450℃,对人员和舱室结构都有非常大的危害。封闭空间烟气温度分布,同一水平面基本相同,在竖直方向,浓烟气层温度分布呈均匀梯度分布;烟气蔓延存在传热传质,其热量传递以对流传热为主。     

不同车辆燃烧下大跨径悬索桥高温力学性能分析

悬索桥上一旦发生车辆火灾将会产生巨大的危害,为了给桥梁的抗火救援和抗火设计提供参考,本研究以某正在运营的悬索桥为研究对象,确定桥梁上可能产生燃烧车辆的种类及相应的燃烧规模。建立悬索桥有限元热-结构分析模型,根据不同车型的燃烧特征选用不同的升温曲线,对悬索桥施加随温度变化的热荷载,得到悬索桥混凝土板和钢梁的强度和弹性模量随时间曲线,以及应力挠度随时间变化曲线。结果表明:油罐车火灾造成的危害最大,混凝土桥面板在火灾下升温迅速,弹性模量和强度衰退较大,钢梁由于受到混凝土板和桥面铺装的保护作用,升温速率较低,悬索桥上应当设置合理的防火措施避免造成更大的损失。     

船舶火灾的预防与应急处置

船舶火灾是威胁船舶安全的各类事故中最常发生、最致命的一种,据有关统计资料分析,船舶火灾占海难事故总数的11%。由于船舶具有结构复杂、机械设备密集、着火点隐蔽、处所狭小、火灾蔓延快速等特点,使得火灾一旦发生,救援难度很大。一、船舶火灾的发生原因由于现代船舶具有客货载量大、燃油储量大、热(火)源多及可燃材料多等特点,致使船舶火灾时有发生。船舶火灾发生的原因很多,如:1.装载易自燃的货物或装载易燃易爆危险货物不当引起爆炸、燃烧等;2.机     

风机机舱火灾热流场特性数值研究

为研究风机机舱发生火灾后的热流场特性规律,建立适用于风机机舱火灾计算的数学物理模型,对描述质量、动量和能量运输的通用方程进行简化和变形,用数值程序进行了求解,得到火灾发生后热释放速率及机舱内温度、热流、烟气高度等参数数据;分析典型火灾工况下各参数变化的反应延迟时间和变化规律、以及典型工况下特征参数的阈值,通过分析火灾流场特性变化规律,为风机消防设计提供参考。     

矿井机电硐室火灾模拟分析研究

矿井实际生产过程中,机电硐室火灾受多种因素影响,为确定矿井机电硐室火灾真实燃烧特性及人员逃生的影响因素。本文以某矿的机电硐室发生火灾时,使用Pyro Sim火灾模拟软件进行仿真模拟分析,分析机电硐室发生火灾后,外部运输巷内的温度、烟雾浓度以及能见度随时间变化的分布规律,分析得出机电硐室发生火灾时影响人员逃生的主要因素是烟气温度、CO浓度以及能见度。模拟结果表明该矿机电硐室火灾发生后的前100s是火源下风侧人员顺利逃生的关键时期,200s后产生的高温烟气、高浓度CO以及低能见度使受灾人员的逃生受到严重影响。     

舱室火灾作用下甲板板架热力响应及防护性能研究

本文使用基于大涡模拟算法的火灾动力学仿真手段模拟实际舱室油池火灾场景,考虑环境与结构的对流辐射换热,以及板架初始缺陷和材料高温热力学特性,采用顺序热力耦合算法,对比侧向载荷作用下有和没有防火涂料保护的甲板板架热力响应,并计算分析防火涂料不同涂设位置对板架热力响应以及结构变形的影响。结果表明,甲板板架结构温度和热应力不会因为防火涂料的保护而改变分布规律,但其数值会明显降低;火灾下甲板板架结构应力主要受温度影响,侧向载荷影响次之;火焰上方板架无涂料保护的纵骨会在火灾持续时间内发生失效,而防火涂料保护下的结构基本一直处于弹性状态;防火涂料不同涂设位置对板架结构变形影响较大,其中纵向和横向构件的保护对抵抗板架变形起重要作用;涂料仅保护甲板板时,纵向和横向构件温度及应力会大于无涂料板架;防火涂料可以有效延迟结构屈服和形变,为火灾救援提供时间。本文研究工作可为实际火灾场景下的船舶结构抗火设计与安全评估提供参考。     

含湿氢氧掺混燃烧过程的三维数值模拟

通过三维数值模拟研究含湿氢氧燃烧和冷却水喷雾掺混蒸发过程,采用k-ε湍流模型及EBU湍流燃烧模型进行气相各物理场计算,利用离散相模型计算冷却水喷雾液滴蒸发过程,基于上述模型对燃烧器中掺混燃烧过程进行三维仿真计算。经过计算,得到燃烧器中各物理量分布和冷却水液滴运动蒸发过程。针对不同的入口含湿工况和冷却水掺混工况进行仿真计算,得到各参数对燃烧火焰结构和流场的影响。