船舶机舱密闭空间火灾燃烧与其环境耦合作用规律研究

发布时间：2020-06-05 15:20

【摘要】：在船舶机舱中,由于管路磨损、碰撞导致燃油滴漏,在外界高温引燃后形成油池火,进而引发船舶火灾。船舶机舱作为受限空间环境,舱内与外界的气体流通性较差,导致空间内氧浓度较低于标准环境下氧气浓度。而火焰的燃烧是燃料在高温作用下与氧气发生化学反应的过程,当机舱内部氧气浓度较低时,火灾的发展过程会发生改变。本文通过不同初始氧气浓度条件下船舶小型封闭舱柴油池火燃烧实验,对油池火燃烧过程中的火焰燃烧状态变化和环境中的物理参数变化情况进行分析,目的为揭示船舶火灾封闭空间油池火燃烧与环境耦合作用规律。实验舱体尺寸为1500mm(L)×1500mm(W)×1000mm(H),采用直径为12cm的油池,并在初始氧气浓度为18%、18.5%、19%、19.5%、20%、20.5%、21%的条件下,进行柴油池火实验。实验过程重点研究了不同初始氧气浓度下,油池火燃烧与舱内环境的耦合变化情况,归纳出了封闭空间中不同氧气下的温度和烟气分布规律,同时提出不同初始氧气浓度下燃油质量损失速率的变化规律和火焰高度的无量纲经验公式,并利用8cm和16cm油池火实验对火焰高度公进行验证。同时为研究舱内部气体流动和变化规律以补充实验实验过程,利用数值计算方法对封闭舱中火焰燃烧过程的温度场和流场进行分析。研究结果显示:(1)油池火灾发生时,燃烧区氧气浓度达到17%时,燃油大量蒸发,而燃烧区域氧气浓度不足以支持燃油蒸汽全部燃烧,导致远离油池的燃油蒸汽在满足燃烧条件的位置处燃烧,出现脱离主火焰区的游走火。当燃烧区氧气浓度下降到12%左右时,火焰出现自熄行为;(2)实验舱中的初始氧气浓度越低,火焰燃烧生成CO和C_xH_y的速率会越大,但未发现初始氧气浓度的差异对CO_2浓度的变化产生明显的影响;(3)当油池火进入稳定燃烧阶段,不同初始氧气浓度下的火焰高度和燃油质量损失速率差异较大,研究中发现火焰高度受燃烧区氧气浓度和燃料质量损失速率的影响,无量纲高度H/D与m'?(10X_(O2)-.1)1~2呈指数递增;(4)在进行数值模拟时发现,封闭舱同一高度层温度基本相同,氧气浓度四壁低中间高。受热浮力和卷吸作用影响,在油池火的下方区域气体流动性较差,且温度始终较低。在整个封闭舱的实验和数值模拟过程中,烟气层的分界线均不明显。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U663.82

【参考文献】