摘 要：本文以某散貨船為研究對(duì)象，采用了FDS軟件對(duì)該機(jī)艙火災(zāi)進(jìn)行了數(shù)值模擬。分別分析了機(jī)艙進(jìn)風(fēng)速度分別為1 m/s、2 m/s、3 m/s下煙氣濃度及溫度變化規(guī)律，并認(rèn)為當(dāng)風(fēng)機(jī)速度為3 m/s時(shí)，煙氣濃度值最小而艙內(nèi)的溫度降低幅度最大。

關(guān)鍵詞：船舶機(jī)艙火災(zāi) 煙氣 組織 不同進(jìn)風(fēng)速度

中圖分類號(hào)：U698.4；X951文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（b）-0209-01

船舶機(jī)艙發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通風(fēng)情況對(duì)于艙內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展和煙氣的蔓延速度有著很大的影響。近年來，Jaluria，Yogesh[1]等人針對(duì)水平通風(fēng)孔在火災(zāi)中的熱量和質(zhì)量流動(dòng)對(duì)船舶水平通風(fēng)孔的煙氣擴(kuò)散規(guī)律做了研究。蘇石川等[2]對(duì)船舶機(jī)艙火災(zāi)過程中的煙氣運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究。王志國等[3]通過傳統(tǒng)的區(qū)域模擬細(xì)想，再將船舶艙室簡化為方腔的基礎(chǔ)上，對(duì)船舶機(jī)艙火災(zāi)發(fā)生后的煙氣層組分濃度進(jìn)行了模擬分析。根據(jù)王亮[4]等人提出的船舶機(jī)艙多層結(jié)構(gòu)概念，以上研究大多基于將船舶機(jī)艙假設(shè)為無平臺(tái)分隔的單層結(jié)構(gòu)，雖然王亮等人對(duì)多層結(jié)構(gòu)船舶機(jī)艙火災(zāi)煙氣充填規(guī)律進(jìn)行了研究[5]，但并未指出不同機(jī)械進(jìn)風(fēng)速度對(duì)煙氣組織的影響。

本文利用FDS軟件模擬多層結(jié)構(gòu)船舶機(jī)艙火災(zāi)中煙氣的流動(dòng)，通過對(duì)煙氣流動(dòng)速度，煙氣濃度及溫度的變化規(guī)律的分析，得出機(jī)械進(jìn)風(fēng)速度分別為1 m/s、2 m/s、3 m/s時(shí)，煙氣在多層結(jié)構(gòu)船舶機(jī)艙火災(zāi)中的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

1 物理模型及參數(shù)設(shè)置

本文以某散貨船機(jī)艙為原型，并根據(jù)多層結(jié)構(gòu)概念，建立了簡化的機(jī)艙模型。模型的結(jié)構(gòu)分為底艙、A平臺(tái)、B平臺(tái)、A甲板。模型內(nèi)布置有主機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、管路，B平臺(tái)旋梯。模型空間尺寸為21.6 m×32.0 m×16.8 m（上甲板以下），7 m×7.2 m×6.0 m（上甲板以上）。模型的材料為鋼材，其密度為7570 kg/m3、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.47 kJ/kg/K、輻射系數(shù)為1.0。

以柴油為火源材料，其密度為940 kg/m3、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為1.8 kJ/kg/K、輻射系數(shù)為0.3、熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.126 W/m/K。假設(shè)火源的底部面積為1.6 m×2.5 m，其最大熱釋放率為2770 kW/m2。

模型中設(shè)有四個(gè)風(fēng)機(jī)，并分別位于模型的頂部。本文采用多組對(duì)比試驗(yàn)，遵循單一變量法，只改變風(fēng)機(jī)速度而其他變量不變。為了研究風(fēng)機(jī)的臨界速度，將風(fēng)機(jī)的速度分別設(shè)置為1 m/s、2 m/s、3 m/s以供比較。

2 模擬結(jié)果與分析

本模型中定義了兩個(gè)網(wǎng)格（MESH1和MESH2），網(wǎng)格大小為0.2 m×0.2 m×0.2 m的矩形網(wǎng)格，MESH1網(wǎng)格的數(shù)目為108×160×114，MESH2網(wǎng)格的數(shù)目為35×36×30。

圖1為艙內(nèi)460 s時(shí)刻，不同風(fēng)機(jī)速度下，隨著機(jī)艙高度的增加煙氣濃度的變化曲線，其中三條曲線分別為風(fēng)機(jī)速度V=1 m/s、2 m/s、3 m/s時(shí)的煙氣濃度變化曲線。從中可發(fā)現(xiàn)：隨著機(jī)艙高度的增加煙氣濃度先增大后減小，這是由于隨著火災(zāi)的發(fā)展，煙氣在熱浮力驅(qū)動(dòng)下會(huì)逐漸上升，因此煙氣濃度會(huì)隨著高度逐漸增大，并且由于機(jī)艙上部煙氣速度較大，從排風(fēng)口排出的煙氣較多，因此煙氣的濃度先增加后減小。同時(shí)，從中可知當(dāng)風(fēng)機(jī)速度為3 m/s時(shí)煙氣的濃度相對(duì)最低。這是由于隨著風(fēng)機(jī)速度的增加，機(jī)艙內(nèi)煙氣的流動(dòng)速度增加，從而風(fēng)機(jī)的機(jī)械排風(fēng)能力增強(qiáng)，可以將更多的煙氣排出機(jī)艙。

圖2為460 s時(shí)刻x=7.5 m，y=15.5 m平面內(nèi)溫度隨高度z變化而記錄的數(shù)據(jù)，三條曲線分別表示風(fēng)機(jī)速度為V=1 m/s、2 m/s、3 m/s下的煙氣濃度變化曲線。從圖2中可以看出煙氣溫度隨著高度的上升有著很大的變化，在Z=7 m處煙氣溫度最高位置，這與煙氣濃度在此處呈現(xiàn)最高相互聯(lián)系。熱煙氣濃度越大，其溫度也將越大。比較圖2中三條曲線可知，當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速為3 m/s時(shí)，其溫度值最小，這說明風(fēng)機(jī)在該風(fēng)速下的排煙能力最強(qiáng)，風(fēng)機(jī)在該風(fēng)速下更有利于煙氣的控制，減小對(duì)人員的危害。

3 結(jié)論

本文利用FDS軟件對(duì)多層結(jié)構(gòu)船舶機(jī)艙火災(zāi)煙氣流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，比較分析了風(fēng)機(jī)速度分別在1 m/s、2 m/s、3 m/s的情況下煙氣濃度、機(jī)艙溫度分布特點(diǎn)。

（1）艙內(nèi)縱深方向上煙氣濃度呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速為3 m/s時(shí)，煙氣濃度值為最小值。

（2）冷空氣可在一定程度上降低火災(zāi)場的溫度。通過比較可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速為3 m/s時(shí)，其艙內(nèi)溫度降低幅度最大。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇石川，王亮，聶宇宏，等.某船舶機(jī)艙火災(zāi)發(fā)展過程中的數(shù)值模擬與策略分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2009，28（1）：15-19.

[2]王志國，楊志青，馮明初，等.艦船大空間艙室火災(zāi)模擬及防火設(shè)計(jì)[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，15（4）：42-44.

[3]王亮，蘇石川.多層結(jié)構(gòu)船舶機(jī)艙火災(zāi)煙氣充填數(shù)值計(jì)算[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2011，11（6）：56-61.