全尺寸船舶机舱火灾烟气填充研究

  目的  船舶舱室钢结构在火灾环境下的性能分析是结构防火设计的理论基础,与传统的标准升温法相比,基于真实火灾温度场的研究更能准确分析船舱结构的力学响应行为。为此,以船舶开口机舱结构为研究对象,开发基于FDS和ANSYS的火−热−结构耦合数值模拟方法。  方法  首先,采用FDS模拟得到火灾壁面温度场数据,以此温度场为边界条件,传输到结构有限元分析软件ANSYS中进行机舱结构的瞬态热分析温度场计算;然后,对机舱模型进行热−结构行为耦合计算,实现机舱结构在火灾场景下的力学响应分析,并应用该方法开展机舱受火案例研究。  结果  结果表明,结构应力分布不均匀,最大应力集中在机舱外的边缘处,达到19 MPa,受火后结构未到极限状态。  结论  与传统的标准升温曲线法相比,所提方法能考虑结构非均匀升温、真实火灾升温这两个重要方面。机舱应重点关注非均匀升温造成的结构内力变化。     

顶部开口船舱火灾下结构热力耦合方法研究

船舶多层住舱段发生火灾时,烟气沿走廊通道和梯口蔓延过程中的温度分布规律与建筑火灾相比有着明显的区别,需要充分认识船舶住舱火灾的特性。

通过改变庚烷油盘尺寸和梯口启闭状态,在1∶5的缩尺多层住舱实验台内开展单层和跨层走廊火灾烟气温度分布特性的实验研究。

结果显示,在火灾烟气单层蔓延情况下,走廊内竖向温度的分布存在明显的热分层现象,热分层高度在0.4 m以上,而在跨层蔓延情况下,走廊内竖向温度梯度有所减小,热分层高度降低至0.2 m以下;热分层高度在走廊转角和岔口等结构处有所降低;在水平蔓延过程中,烟气温度会持续降低,温度的分布符合指数衰减规律。

火灾烟气在跨层蔓延后走廊区的热分层高度相比单层蔓延显著降低,水平蔓延过程中的温度衰减系数k随火源尺寸的增大而增大,所做研究可为船舶火灾风险评估以及消防设计提供理论支撑。

     

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。     

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...     

舰船舱内空爆数值仿真方法研究

利用 Ansys/LS-DYNA 动力分析软件模拟大型水面舰船在舱室内部爆炸情况下船体结构的加速度响应情况。炸药及空气采用欧拉网格,船体结构采用拉格朗日网格,计算采用多物质ALE算法。数值模拟中对爆炸环境进行简化,以附连水质量代替水线面下方水介质对船体结构的影响。将不同尺寸网格计算出的冲击波载荷曲线与经典经验公式对比,得到数值仿真的合理网格尺寸。采用简化模型讨论2种边界约束条件对各层平台加速度峰值响应的影响,得到较为合适的约束条件。计算得到沿船长方向船体结构加速度分布并与实验结果相比较,数值仿真计算得到的加速度峰值与实验数据较为吻合,表明仿真中对于空爆载荷及约束条件等冲击环境的模拟合理。     

舰船舱内空爆数值仿真方法研究

利用Ansys/LS-DYNA动力分析软件模拟大型水面舰船在舱室内部爆炸情况下船体结构的加速度响应情况。炸药及空气采用欧拉网格,船体结构采用拉格朗日网格,计算采用多物质ALE算法。数值模拟中对爆炸环境进行简化,以附连水质量代替水线面下方水介质对船体结构的影响。将不同尺寸网格计算出的冲击波载荷曲线与经典经验公式对比,得到数值仿真的合理网格尺寸。采用简化模型讨论2种边界约束条件对各层平台加速度峰值响应的影响,得到较为合适的约束条件。计算得到沿船长方向船体结构加速度分布并与实验结果相比较,数值仿真计算得到的加速度峰值与实验数据较为吻合,表明仿真中对于空爆载荷及约束条件等冲击环境的模拟合理。     

超空泡射弹结构响应的流固耦合仿真研究

先利用Logvinovich独立膨胀原理提出了流体域的一种简化计算模型,然后通过LS-DYNA有限元软件对存在尾拍的超空泡射弹的结构响应进行流固耦合数值计算,并比较分析了弹体长细比对结构响应的影响.计算结果表明:第一主应力、第三主应力、最大剪切应力和Von Mises等效应力近于同步变化;在射弹运动的初始阶段,各应力值和弯曲变形达到最大;弹体中部的应力最大且弯曲变形最严重.当弹体的长细比增加时,速度响应的频率变小,应力最大值的变化较复杂,应分段考虑,同时弯曲变形程度明显增加.     

舰船机舱火灾爆炸的危险源辨识方法研究

近些年来,舰船机舱火灾爆炸事故数量居高不下,而现有的经验层次的研究方法已经不能很好地应对机舱火灾爆炸问题,需要寻求更有效的解决方法.本文探讨故障树分析法在机舱火灾爆炸危险源辨识中的具体应用过程,重点讨论如何建立准确完善的故障树.根据机舱火灾爆炸的特点提出了准确建树的系统划分方法,该方法可以保证建立的故障树正确全面地反映机舱火灾爆炸事故的发展过程,从而确保根据故障树做出的分析结果的准确性.最后以机舱主机燃油系统为例应用此方法建立了故障树,对此故障树做了相应的分析讨论,并指出了故障树分析法在机舱火灾爆炸危险源辨识的具体应用过程中有待解决的其他问题.     

单跨门式钢刚架结构在局部火灾下热-结构响应分析

以整体结构为目标,采用有限元法对单跨门式钢刚架结构中的变截面梁,在局部火灾下的温度分布和在热机耦合场下的结构响应进行数值模拟分析。分析中考虑温度变形影响的几何非线性、随温度升高材料性能的不断变化以及杆件截面温度分布不均匀等因素的影响。本数值模拟方法可供局部火灾下整体结构的抗火性能研究参考。     

基于Star-CD的某船机舱火灾烟气流动计算与分析

为了探究机舱火灾的烟气流动情况,减少火灾烟气带来的危害,基于Star-CD平台,采用场模拟方法,模拟某船舶机舱火灾发生时的温度场、速度场、压力场及烟气的分布情况,结果显示了机舱空间在不同截面和时刻机舱的温度、速度、压力和烟气的分布,在火源正上方的温度、速度、压力和烟气浓度比周围的高,压力最高值出现在机舱的顶部,机舱上部的烟气平均浓度、温度明显高于下部的浓度,并给出了不同高度的烟气浓度和温度曲线.根据计算结果和该船现有的消防体系,建议在机舱内安装一套固定灭火系统,计算结果符合室内火灾的基本规律.     

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。     

气冷燃机涡轮叶片的气热耦合数值研究

为了实现燃机涡轮叶片气冷结构的设计和优化,利用绝热和气热耦合方法开展了气膜冷却效果的数值模拟研究;24核并行求解的方法提高了模型网格数目在107量级时的计算效率;对比分析了绝热和耦合计算方法中气膜冷却的效率和均匀性;利用耦合方法进一步研究了叶片尾缘的冷却方案以及冷气进气压力对冷却效率的影响。研究结果对于涡轮叶片气膜孔、尾缘冷却结构的设计以及冷却气体进气压力的选择具有一定的指导意义。     

机舱相对独立区域靶向火灾扑救方法

随着船舶现代化、大型化,机舱的空间变得宽大,功能区的划分更为明确,独立区域大幅增加,经典机舱火灾扑救程序也逐渐暴露出很多弊端。本文以某潭字型轮机舱净油机间模拟火灾为例,就机舱相对独立区域靶向火灾扑救方法的运用进行探讨,提出更高效、更环保、更低次生损失的靶向消防策略。     

高温载荷下带隔热层加筋板结构热力响应研究

隔热材料在船舶领域应用广泛,起到良好的稳定舱室温度的作用,但目前对带隔热层加筋板结构热力响应的研究较少。基于热弹性力学,采用直接热力耦合的方法对有隔热层的加筋板在高温载荷作用下的结构热力响应进行数值模拟,确定了更合理的带隔热层加筋板结构热力分析方法,研究了隔热材料的厚度、导热系数和热膨胀系数对加筋板结构温度场和热应力场的影响;计算了将隔热层覆盖区域进行绝热处理时加筋板结构热力响应结果,并与考虑隔热层的复杂模型热力响应结果进行对比分析。结果表明：有无隔热层对加筋板结构的热力响应结果有极大影响,继续增加隔热层厚度,结构的温度和应力均会增大;隔热材料的热膨胀系数在一定范围内对结构的温度结果和应力结果影响很小;将隔热层覆盖区域进行绝热处理后,结构的温度和应力有所增大,各特征点等效应力最多增大了9.42%,绝热简化模型的计算结果相对保守。研究结果可为船舶结构设计和安全性分析提供技术支撑。     

大直径圆柱壳结构与土体相互作用的一种耦合数值模拟方法

对于大直径圆柱壳结构及其土体分别采用壳单元和沿深度分层施加的三维空间弹簧单元进行模拟,推演了一种耦合数值分析方法,综合考虑了土体特性、土体深度及变形情况等因素。采用壳单元和弹簧单元的耦合数值处理可以有效地模拟大直径圆柱壳结构与土体之间的非线性相互作用机制。通过对实际工程的计算,所得到的圆柱壳结构在荷载作用下的受力状态以及位移与变形分布情况等结果均较为理想。     

有关FDS在舰船舱室火灾模拟研究中的探讨

FDS（Fire Dynamics Simulator）作为一种高效的火灾模拟软件，在针对舰船舱室进行火灾模拟时有很大局限性．文章通过FDS的网格划分、火源处理等方面进行分析，同时结合已有的处理方法，提出了适合于舰船舱室火灾数值模拟的改进方法和手段．为下一步深入地开展舰船舱室火灾模拟指明了方向．     

单流体方法处理管道流固耦合传热

核动力管道内流体非绝热流动,涉及流固耦合传热问题。利用解析法验证流固耦合数值模拟计算的可行性。为减少数值模拟计算量,提出单流体计算方法,其计算结果与流固耦合传热计算值相比较,发现单流体计算中流经管壁的热流量存在一定偏差。通过对流体域边界表面传热系数的修改,修正管壁热流量的计算值,得到了与参考值相一致的计算结果。研究表明,涉及管道流动传热问题时,单流体数值模拟计算不仅能够满足计算精度,而且可简化模拟设置,节约计算时间。