本文關鍵詞：船舶機艙火災特性的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：國家海洋戰(zhàn)略的實施促進了我國船舶行業(yè)的新一輪快速發(fā)展,船舶的安全問題也隨之越來越受到人們的重視。火災是船舶安全的主要威脅之一,造成了重大人員傷亡和財產損失。船舶機艙作為船舶的動力來源,高溫環(huán)境和易燃物并存的特點使其成為了船舶火災發(fā)生頻率最高的位置。由于船舶機艙在設計用途、艙室結構以及通風條件等方面的特殊性,船舶機艙火災與已得到廣泛研究的常規(guī)建筑火災有著明顯區(qū)別,近年來逐漸成為船舶安全領域的研究重點。對船舶機艙火災的研究將有助于制定出具有針對性的滅火策略,同時也能為船舶的防火設計提供參考,具有重要的理論價值和應用前景。因此,本文對船舶機艙火災發(fā)展規(guī)律特性開展了數(shù)值模擬研究。本文以某型散貨船機艙為研究對象,基于熱驅動低馬赫數(shù)可壓縮流動模型對全尺寸船舶機艙火災的發(fā)展過程進行了模擬,并通過相關火災參數(shù)對船舶機艙火災特性進行分析。首先,本文根據(jù)機艙原型進行合理簡化得到相關幾何模型,并對描述船舶機艙火災過程的數(shù)值計算模型以及網(wǎng)格劃分進行了介紹。然后,基于簡化得到的船舶頂部開口艙室模型,分析了頂部開口和油池面積對船舶機艙火災發(fā)展過程的影響,重點研究了不同通風條件下火災的熄滅模式以及相應模式下艙室內溫度、氣體組分濃度和火焰形態(tài)等火災參數(shù)的變化規(guī)律。最后,本文對實際船舶機艙火災環(huán)境中存在的其他因素,如機艙內部管道和設備、油池位置分布的隨機性以及艙室初始溫度等對船舶機艙火災發(fā)展過程的影響進行了分析。研究結果表明,在不同頂部開口尺寸條件下,根據(jù)燃料消耗率等火災參數(shù)的區(qū)別,船舶機艙火災的熄滅模式可分為氧氣控制型和燃料控制型,兩種熄滅模式的臨界水平通風因子為2000�；馂陌l(fā)展過程中,艙室內溫度場在水平方向上分布均勻,而在豎直方向上則呈明顯的分層現(xiàn)象;氣體組分濃度的變化則具有階段性特征,當頂部開口較小時,庚烷氣體濃度在火災后期將快速上升,因此,當采用封艙滅火策略時應注意防范爆燃等次生災害的發(fā)生;火焰形態(tài)的變化可分為錐形火焰、脈動火焰、柱狀火焰和游走火四個階段,游走火現(xiàn)象的出現(xiàn)受火災的熄滅模式影響。在實際船舶機艙火災環(huán)境中,隨著油池位置高度的增加,火災的熄滅模式將發(fā)生轉變,熄滅時間將延長,但從溫度和氧氣濃度角度分析,火災的危害性則相對減小;艙室初始溫度的升高將加速氧氣濃度的下降和溫度的上升,增大火災的危害;機艙火災發(fā)生時,由于煙氣蔓延,相鄰艙室內的溫度也將快速上升,從而對相鄰艙室的人員財產安全造成威脅。因此,在制定船舶機艙火災的防范策略時也應對機艙相鄰艙室的安全問題統(tǒng)籌考慮。
【關鍵詞】：船舶機艙火災 數(shù)值模擬 頂部開口 熄滅模式
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U698.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 背景及意義10-14
• 1.1.1 船舶機艙火災形勢10-12
• 1.1.2 船舶機艙火災特點12-13
• 1.1.3 研究意義13-14
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 頂部開口艙室火災研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 實際船舶機艙火災研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本文主要研究內容18-20
• 第2章 船舶機艙模型和數(shù)值模擬方法20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 船舶機艙模型20-24
• 2.2.1 船舶機艙原型20-22
• 2.2.2 幾何模型的建立22-24
• 2.3 機艙火災數(shù)值計算模型24-32
• 2.3.1 機艙火災控制方程24-26
• 2.3.2 大渦模擬方法26-28
• 2.3.3 燃燒模型和輻射模型28-30
• 2.3.4 邊界條件與初始條件30-31
• 2.3.5 計算流程31-32
• 2.4 網(wǎng)格劃分與無關性驗證32-33
• 2.5 本章小結33-34
• 第3章 船舶頂部開口艙室火災發(fā)展規(guī)律研究34-58
• 3.1 引言34
• 3.2 不同頂部開口條件下的火災熄滅模式34-38
• 3.2.1 兩種熄滅模式下的燃燒消耗率34-35
• 3.2.2 熄滅時油池附近的氧氣濃度和燃料濃度35-36
• 3.2.3 熄滅時間隨頂部開口條件的變化36-38
• 3.3 基于水平通風因子的火災參數(shù)分析38-44
• 3.3.1 水平通風因子38-39
• 3.3.2 水平通風因子對燃料消耗率的影響39-40
• 3.3.3 熄滅時油池附近的氧氣濃度和燃料濃度40-43
• 3.3.4 水平通風因子對無量綱熄滅時間的影響43-44
• 3.4 頂部開口條件影響下的艙室溫度變化規(guī)律44-49
• 3.4.1 艙室內的溫度分布44-46
• 3.4.2 艙室內的溫升速率46-49
• 3.5 頂部開口條件影響下的氣體組分濃度變化49-52
• 3.6 頂部開口條件影響下的火焰形態(tài)特征分析52-56
• 3.6.1 火焰形態(tài)的變化52-53
• 3.6.2 游走火現(xiàn)象分析53-56
• 3.7 本章小結56-58
• 第4章 實際機艙火災環(huán)境下相關因素影響58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 機艙內部結構的影響58-59
• 4.3 油池位置的影響59-63
• 4.3.1 油池高度的影響60-63
• 4.3.2 油池水平位置的影響63
• 4.4 機艙初始溫度的影響63-66
• 4.5 船舶機艙火災對相鄰艙室的影響66-70
• 4.5.1 機艙火災參數(shù)66-67
• 4.5.2 火災對相鄰艙室的影響67-70
• 4.6 本章小結70-72
• 結論72-74
• 本文主要創(chuàng)新點73
• 研究展望與設想73-74
• 參考文獻74-79
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文79-81
• 致謝81

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本文編號：977238