船舶机舱通风与结构对其火灾特性的影响 王 乐 ，王 亮 （１．上海振华重工（集团）股份有限公司海洋工程设计院上海２ＯＯ１２５； ２．江苏科技大 学能源与动力工程学院，江苏镇江２１２００３） 摘要：提出多层几何结构，运用过滤平衡方程组及Ｓｍａ— ｇｏｒｉｎｓｋｙ模型描述了多层几何结构、无通风管路多层几何结构 及单层几何结构的船舶机舱火灾场，计算分析通风和结构等对 火灾过程的影响。认为多层几何结构中气流在子区域内产生 较强的涡旋，在中间区域呈上升趋势，其平台诱发顶棚射流；贫 氧区与富氧区分界明显，子区域中氧气浓度自上而下降低。无 通风管路多层几何结构中心区域气流呈下降趋势，在较小的空 间尺度内，氧气舍量梯度较小，上甲板高净热通量区域偏大。 单层几何结构中气流呈上升趋势，净热通量最高值达２ｏ ｋｗ／ ｍ ，且火焰传播速度受气流分布影响较大。 关键词：多层几何结构；船舶机舱；机舱结构；机舱通风； 火灾 中图分类号：Ｘ９１３．４。Ｕ６６４．８６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—００２９（２Ｏ１２）Ｏ７一Ｏ６７７一Ｏ４ 船舶火灾通常以机舱中发生的最为常见，它可引起 非常巨大的损失。由于其在火灾载荷、散热、火灾蔓延速 度等方面不同于一般建筑物火灾，引起了火灾研究工作 者广泛关注。 国内学者陆守香等人运用ＣＦＡＳＴ软件采用子空间 区域划分工程分析方法对船舶机舱复杂空间烟气运动工 程进行了研究；邹高万等人采用大涡模拟方法对船舶机 舱火灾热流场特性和规律进行了模拟及实验研究；苏石 川等人在对船舶机舱火灾发展过程及回燃、轰燃及火旋 风等特殊火行为进行了数值模拟，张小良等人运用火灾 区域模拟思想对船舶机舱火灾烟气蔓延在通风口开启与 关闭两种情况下进行了模拟对比研究。前人的研究成果 中基本上未考虑通风管路对火灾场的影响，同时将机舱 结构简化为单一的大空间，即为单层船舱几何结构（如图 １（ａ）所示）。典型船舶机舱结构（如图１（ｂ）所示）分为三 层，平台Ａ、平台Ｂ由钢板构成，层与层之间通过斜梯相 连接，且柴油主机、柴油发电机组等大型动力设备与平台 之间的布置将机舱整体划分为多个子区域，因此将这种 同一空间被划分为多层、多个子空间的结构定义为多层 机舱几何结构。Ｊｅｆｆｒｅｙ Ｃ Ｏｗｒｕｔｓｋｙ利用长波摄像装置 虽对真实船舶舱室（多层机舱几何结构）火灾进行了监 控，并未对空间内的热流场特性进行分析。 消防科学与技术２０１２年７月第３１卷第７期 （ａ）机舱舱室大空间 （ｂ）多层几何结构船舶机舱 图１典型船舶机舱结构示意图 笔者分别以多层几何结构船舶机舱、无通风管路多 层几何结构船舶机舱及单层几何结构船舶机舱为研究对 象，运用过滤后的平衡方程组来描述三维火灾场，结合混 合燃烧分数模型及辐射换热有限容积模型，采用Ｓｍａｇｏ— ｒｉｎｓｋｙ亚格子模型的大涡模拟方法对其流速场、氧气浓 度分布、火焰传播速度及净热通量进行比较研究。 １大涡模拟基本控制方程 笔者采用大涡模拟技术，结合混合分数燃烧模型及 非散射灰体的辐射输运方程构成模拟数学方程，对大涡 模拟及Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ亚格子模型采用二阶有限差分进行 空间离散，运用显示二阶预估校中法对流动变量进行离 散，采用显式二阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法对时间进行离散。 ２模拟参数设置 ２．１ 船舶机舱几何结构参数 以某散货船机舱为研究对象，分别对多层几何结构、 无通风管路的多层几何结构及单层几何结构进行计算， 其几何结构如图２所示。 该船机舱长２１．６ ｍ．，宽３２ ｍ，高２２．８ ｍ，多层几何 结构船舶机舱的整个空间被平台Ｂ、平台Ａ分成区域１、 ６７７ 氮气气氛下烟叶的热解动力学研究 葛巍巍 ，顾坚 ，张宏宇 （１．昆明消防指挥学校，云南昆明６５０２０８；２．甘肃省烟草公司，甘肃兰州７３００５Ｏ） 摘要：采用热分析法，在氮气气氛下对云南产５种烟叶 易造成巨大经济损失。因此，研究烟叶的热解过程及构 建动力学模型，对烟叶加工、储存和生产过程中的火灾危 险性评价和火灾预防对策研究具有重要的指导意义。 １ 实验条件及方法 １．１实验样品 样品的热解过程进行研究，发现各烟叶样品的热解过程相似， 大致经历了３个阶段，其中失重主要发生在快速热解阶段（１２０ ～３５０。Ｃ），失重率约占总失重率的７５ 。利用Ｃｏａｔｓ—Ｒｅｄｆｅｒｎ 积分法建立了５种样品在主要失重阶段的“双组分两阶段”一 级反应动力学模型，并计算了热解动力学参数，其线性相关性 在０．９７以上。 烟叶是烟草行业的基础，新鲜烟叶需经过调制、复 烤、分级等程序后，再经过１～３ ａ的自然醇化，才能作为 卷烟的原料。因此，选取醇化后的烟叶烤片作为样品进 行实验对烟草行业的火灾预防更有应用价值。笔者选用 关键词：烟草；热解；动力学模型；活化能 中图分类号：Ｘ９１３．４。ＴＫ１２１ 文献标志码；Ａ 文章编号：１００９—００２９（２Ｏ１２）０７—０６８０—０４ 了采自我国烟叶优质产区的５个烤烟品种作为研究对 烟草是我国重要的经济作物，每年烟草行业为国家 创造的税收占我国财政总税收的１ ，在国民经济收入 中占有重要的地位。但是，在烟叶生产、运输及仓储过程 中，易燃的烟叶及其产品多呈大规模集中储存状态，不仅 增加了仓储区的火灾负荷，也增大了火灾发生的几率，容 ［２］邹高万．船舶机舱火灾热流场特性研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工程 大学，２００５． 象，实验前均经过了３ ａ的自然醇化，具体情况见表１。 １．２ 实验方法 采用热分析实验研究方法对烟叶的热解动力学进行 研究。热分析法是在程序控制温度下测量物质的物理性 质与温度关系的一类技术，包括热重法（ＴＧ）和差示扫描 ［３７苏石川，王亮，聂字宏，等．某船舶机舱火灾发展过程的数值模拟与 策略分析口］．消防科学与技术，２００９，２８（１）：１５—１９． ［４３苏石川，王亮，聂宇宏，等．某船舶机舱火灾数值模拟中的火旋风及 其危害性分析［Ｊ］．中国造船，２００９，５Ｏ（３）：１１３—１１９． ［５］Ｊｅｆｆｒｅｙ Ｃ Ｏｗｒｕｔｓｋｙ。Ｄａｎｉｅｌ Ａ Ｓｔｅｉｎｈｕｒｓｔ，Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｐ Ｍｉｎｏｒ，ｅｔ ｎ￡．Ｌｏｎｇ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｖｉｄｅｏ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｒｅ ｉｎ ｓｈｉｐ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｓ ［Ｊ］．Ｆｉｒｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｊｏｕｒｎａｌ，２００６，４１：３１ ５—３２０． ［６］Ｄａｖｉｄ Ｌｅｂｌａｎｃ．Ｆｉｒｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ｔｙｐｉｃａｌ ｏｆ ｎａｖｙ ｓｈｉｐｓ［Ｄ］． Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，１９９８． Ｅｆｆｅｃｔ Ｏｆ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｎ ｆｉｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｎ ｓｈｉｐ ｅｎｇｉｎｅ ｒｏｏｍ ＷＡＮＧ Ｌｅ ，ＷＡＮＧ Ｌｉａｎｇ （１．ＺＰＭＣ Ｍａｒｉｎｅ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅ— ｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１２５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ 一一～一～～～一一一一～一一作者简介：王 乐（１９８４一），男，安徽六安人，上海 振华重工（集团）股份有限公司助理工程师，硕士，主要 ～一～一一～～～一～一一～一ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ｇｅ— ｏｍｅｔｒｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｄｅｆｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｌａｎｃｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ 从事海洋工程机械及船舶舱室设计研究工作 上海市 浦东新区东方路３２６１号振华重工海工院，２００１２５。 收稿日期：２０１２—０２—２２ Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｕｌｙ ２０１２，Ｖｏｌ ３１，Ｎｏ．７ ｆｉｒｅ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｌａｙ— ｅｒ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｖｅｎｔ ｌｉｎｅ ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ ６８０