【摘要】：船舶在當(dāng)代民事和軍事應(yīng)用中扮演著越來(lái)越重要的角色,且頂部開(kāi)口腔室廣泛存在于艦船艙室中。由于水平開(kāi)口的特殊性,水平開(kāi)口流動(dòng)與傳統(tǒng)的垂直開(kāi)口流動(dòng)有著本質(zhì)不同,垂直開(kāi)口流動(dòng)會(huì)在開(kāi)口處形成穩(wěn)定的分層流動(dòng),而水平開(kāi)口流動(dòng)則會(huì)在開(kāi)口處產(chǎn)生復(fù)雜不規(guī)則的振蕩流動(dòng)。因此,了解火誘導(dǎo)下的水平開(kāi)口流動(dòng)行為和機(jī)制是船舶火災(zāi)安全的重要組成部分,并能為船舶火災(zāi)預(yù)防以及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)及理論的基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步研究火誘導(dǎo)下的開(kāi)口流動(dòng)與腔室火行為的耦合特性,本文對(duì)火誘導(dǎo)的開(kāi)口流動(dòng)行為、水平開(kāi)口受限腔室內(nèi)的火行為以及火行為與流動(dòng)行為的相互作用開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)與理論研究,其中考慮了不同開(kāi)口尺度與不同火源尺度,并給出了火誘導(dǎo)下水平開(kāi)口流動(dòng)模型。本文的主要工作與結(jié)論如下： 分析了火誘導(dǎo)下的水平開(kāi)口流動(dòng)行為,主要針對(duì)于流動(dòng)形態(tài)和振蕩行為。開(kāi)口流動(dòng)形態(tài)是揭示開(kāi)口流動(dòng)規(guī)律的一個(gè)重要因素。本文利用攝像機(jī)和激光技術(shù)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到了三種開(kāi)口流動(dòng)形態(tài),分別是單向流、雙向流和混合流。本文引入分別基于鹽水實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算的Cooper和Chow的理論來(lái)預(yù)測(cè)真實(shí)火災(zāi)情況下的開(kāi)口流動(dòng)形態(tài)。結(jié)果表明這些理論經(jīng)過(guò)相應(yīng)的修正后是可以用于預(yù)測(cè)火災(zāi)情況下的開(kāi)口流動(dòng)形態(tài)。提出了利用開(kāi)口面積比(開(kāi)口面積和燃料面積之比)與浮力數(shù)的關(guān)系來(lái)劃分這三種開(kāi)口流動(dòng)形態(tài),同樣地,流動(dòng)形態(tài)的劃分還可利用開(kāi)口面積比與煙氣流動(dòng)面積比的關(guān)系。通過(guò)煙氣可視化方法可以觀測(cè)到開(kāi)口流動(dòng)振蕩行為,可利用開(kāi)口煙氣面積和開(kāi)口煙氣溫度來(lái)表征開(kāi)口流動(dòng)振蕩。開(kāi)口煙氣面積的振蕩頻率會(huì)隨著水平開(kāi)口尺寸的增大而減小,而煙氣溫度振蕩頻率則隨著熱釋放速率的增加呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。本文還對(duì)開(kāi)口處煙氣溫度振蕩頻率的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了驗(yàn)證。 研究了水平開(kāi)口受限腔室內(nèi)的火行為。通過(guò)不同油池直徑、不同頂部開(kāi)口尺寸、從燃料控制向通風(fēng)控制轉(zhuǎn)變范圍等大量可變條件來(lái)研究水平開(kāi)口對(duì)油池火脈動(dòng)行為的影響。隨著水平開(kāi)口尺寸的增加,平均火焰高度呈二項(xiàng)分布,且平均火焰高度與直徑的比值可與水平通風(fēng)因子進(jìn)行關(guān)聯(lián)�；鹧婷}動(dòng)頻率符合與油池直徑之間的一貫關(guān)系,同時(shí)也揭示了火焰脈動(dòng)頻率與頂部開(kāi)口尺寸之間的關(guān)系�？紤]了腔室對(duì)燃料揮發(fā)速率的影響,提出了一種斯特勞哈爾數(shù)(St)和弗勞德數(shù)(Fr)的關(guān)系來(lái)表征火焰脈動(dòng)。研究了水平開(kāi)口對(duì)腔室火災(zāi)參數(shù)的影響,如平均質(zhì)量損失速率、熄火時(shí)刻的氧氣濃度、平均氣體溫升速率以及全密閉和受限空間內(nèi)的腔室壓力�；谀芰渴睾愫脱鯘舛仁睾憬Y(jié)合理論化簡(jiǎn),提出了耦合水平開(kāi)口和燃料面積的無(wú)量綱水平通風(fēng)因子,并利用水平通風(fēng)因子來(lái)分析腔室內(nèi)的火災(zāi)參數(shù)。綜合頻率的研究是為了揭示火行為與開(kāi)口流動(dòng)行為的相互作用,隨著水平開(kāi)口的變化,火焰脈動(dòng)頻率和開(kāi)口流動(dòng)振蕩頻率的乘積保持不變,且該乘積取決于油池火自身參數(shù)。 基于多層劃分的思想,提出了水平開(kāi)口處的火誘導(dǎo)開(kāi)口流動(dòng)模型�？紤]到開(kāi)口結(jié)構(gòu)參數(shù)和流動(dòng)形態(tài),對(duì)火誘導(dǎo)的流動(dòng)過(guò)程和流動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了討論。描述了單向流動(dòng)和雙向流動(dòng)所呈現(xiàn)出的不同流動(dòng)輸運(yùn)過(guò)程,以及對(duì)流出煙氣和流入空氣進(jìn)行力學(xué)分析后所呈現(xiàn)出的不同流動(dòng)機(jī)制�；诙鄬訁^(qū)域劃分,分別對(duì)單向流動(dòng)和雙向流動(dòng)建立了火誘導(dǎo)的開(kāi)口流動(dòng)模型。利用激光技術(shù)和皮托管提出了一種測(cè)量水平開(kāi)口處質(zhì)量流速的實(shí)驗(yàn)方法,可分別得到單向流和雙向流的質(zhì)量流出速率和質(zhì)量流入速率。通過(guò)比較理論值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果后,對(duì)本文所提出的開(kāi)口流動(dòng)模型的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U698.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2383918