陶陽，武紅梅

(1.武漢科技大學(xué) 城市學(xué)院, 武漢 430083；2.中國艦船研究設(shè)計中心，武漢 430064)

?

移動式風(fēng)機(jī)在艦船火災(zāi)煙氣控制模型艙中的應(yīng)用試驗

陶陽1，武紅梅2

(1.武漢科技大學(xué) 城市學(xué)院, 武漢 430083；2.中國艦船研究設(shè)計中心，武漢 430064)

建立艦船火災(zāi)煙氣控制模型艙，針對移動式風(fēng)機(jī)在正壓送風(fēng)時距離火源不同位置、風(fēng)機(jī)仰角不同工況下，試驗分析火災(zāi)煙氣溫度、能見度及CO濃度在空間和時間上的變化規(guī)律，結(jié)果表明，正壓送風(fēng)在防止煙氣溢流的同時，可有效排出艙室內(nèi)煙氣，降低艙內(nèi)溫度，提高火場能見度。移動式風(fēng)機(jī)在距離著火艙室門口1.5 m處，且風(fēng)機(jī)仰角為20°時，能最大限度地封堵煙氣的溢流。

移動式風(fēng)機(jī);煙氣;艦船火災(zāi)

防排煙工程中，防煙的主要問題是如何使著火區(qū)中所產(chǎn)生的煙氣盡可能少，并防止煙氣從有煙區(qū)向無煙區(qū)蔓延擴(kuò)散；排煙的任務(wù)是將煙區(qū)中的煙氣盡快地排放到大氣中去[1-2]。防排煙系統(tǒng)設(shè)計在建筑消防設(shè)計中已經(jīng)有非常成熟的研究和應(yīng)用[3-4]。但是針對艦船火災(zāi)下的煙氣流動特性，圍繞送風(fēng)壓力、排煙量、風(fēng)口設(shè)置、防排煙區(qū)域、開口與泄漏特征等進(jìn)行的研究并不多[5]。

艦船的特殊性決定了其火災(zāi)與一般陸上火災(zāi)不同，其火災(zāi)載荷更大、起火源眾多、火災(zāi)形式多樣，艦船內(nèi)部環(huán)境惡劣、本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員密度較高，艦船火災(zāi)的煙氣控制除借鑒陸建筑防、排煙手段外，還需根據(jù)艦船本身的結(jié)構(gòu)特點和已有的通風(fēng)排煙條件加強(qiáng)煙氣的疏導(dǎo)和合理控制。

火災(zāi)威脅人身安全主要是煙氣溫度、煙氣層高度、能見度及煙氣中毒性氣體體積分?jǐn)?shù)這4個要素。參考移動式風(fēng)機(jī)在長直型通道、隧道火災(zāi)中的研究[6-11]，建立艦船火災(zāi)煙氣控制模型艙，開展一系列試驗，主要針對移動式風(fēng)機(jī)在距離火源不同位置、風(fēng)機(jī)仰角不同工況下，研究火災(zāi)煙氣危害4要素的變化規(guī)律，從而為移動式排煙風(fēng)機(jī)在艦船火災(zāi)煙氣控制中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 試驗?zāi)Ｐ图肮r

1.1 試驗?zāi)Ｐ?/p>

試驗?zāi)Ｐ团摓?個艙室與一條通道，1號艙室尺寸為3 m×5 m、2號艙室尺寸為5 m×5 m、通道尺寸為12 m×1.35 m，高度均為2.5 m。從1號艙室入口開始共4扇門，尺寸為1.60 m×0.76 m，分別定為1、2、3、4號門，每扇門安裝防煙簾，如圖2所示。在1.6 m高度共開有4個0.3 m×0.3 m觀察窗，每個艙室各1個，通道2個。

1.2 模擬火源

油池。布置在艙室2中心位置。采用池火作為火源，燃燒材料為柴油。油池為方形，邊長分別為0.6 m和0.4 m，油池深度0.2 m，使用5 mm鋼板焊接而成。試驗時油池首先注水，然后注入柴油，最后倒入少量汽油用于引燃。油池邊長為0.6 m，每次注入柴油600 mL；邊長為0.4 m的油池，每次注入柴油300 mL。

1.3 測量系統(tǒng)

分別在艙室內(nèi)1.6 m和2.5 m 2個高度平行布置58個熱電偶。每個艙門從上到下間隔0.4 m布置1個熱電偶，4個艙門共布置了20個熱電偶。布置及編號見表1所示，其中左邊線及上邊線表示在上層2.5 m高度、右邊線及下邊線表示在1.6 m人眼高度。

表1 試驗工況

使用激光片光源觀察煙流形態(tài)，根據(jù)不同試驗工況調(diào)整布置位置。

1.4 試驗工況

共做了2組試驗，各試驗工況見表1，研究移動式風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)對煙氣控制的效果。此試驗為點火1 min后開啟移動風(fēng)機(jī)，觀察風(fēng)機(jī)距門口不同距離及不同仰角下控制煙氣溢流的效果。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 試驗現(xiàn)象

通過激光片光源，發(fā)現(xiàn)每種工況，都有這幾種典型現(xiàn)象，點火后，煙氣迅速生成，短時間內(nèi)反光條消失，煙氣從開口溢流，之后開啟風(fēng)機(jī)，著火艙室煙氣與風(fēng)機(jī)鼓入的新鮮空氣劇烈摻混，能見度較低，之后火焰熄滅，燃燒結(jié)束，繼續(xù)通風(fēng)，反光條重現(xiàn)。見圖2。

2.2 溫度變化規(guī)律

分析2組試驗情況，發(fā)現(xiàn)對于同一種大小的油池火，不同仰角變化及風(fēng)機(jī)距離門口的遠(yuǎn)近都直接影響著移動式風(fēng)機(jī)的排煙效果。完整分析試驗全過程，發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)機(jī)距離門口1.5 m時，排煙效果相對較好。對于0.6 m×0.6 m油池火下，風(fēng)機(jī)距離門口1.5 m，溫度變化規(guī)律見圖3～5。由圖3可見，開啟風(fēng)機(jī)后溫度迅速降低。在1.6 m高度處最高溫度接近110 ℃，在2.5 m高度處最高溫度超過90 ℃。從圖4知，在1.6 m高度處最高溫度接近100 ℃，在2.5 m高度處最高溫度超過80 ℃。由圖5可見，在1.6 m高度處最高溫度接近90 ℃，在2.5 m高度處最高溫度超過70 ℃。

2.3 燃燒時間

移動風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)試驗燃燒時間見表2。由表2可見，工況3-2燃燒時間最短，此時仰角為20°，風(fēng)機(jī)距離門口1.5 m；工況5燃燒時間最長，此時風(fēng)機(jī)距離門口0.5 m，風(fēng)機(jī)仰角為0°。2臺風(fēng)機(jī)同時使用與1臺風(fēng)機(jī)單獨使用相比，燃燒時間變化不大。因此，在使用風(fēng)機(jī)進(jìn)行正壓送風(fēng)排煙時，應(yīng)將風(fēng)機(jī)置于門口1.5 m左右，并使其仰角為20°左右。

表2 移動風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)試驗燃燒時間

2.4 能見度

移動風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)試驗?zāi)芤姸茸兓姳?。由表3可見，工況3-3、3-4、3-6反光條重現(xiàn)時間明顯小于其他工況。這說明，移動風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)時仰角不宜過大、距離不宜過近。

表3 移動風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)試驗?zāi)芤姸茸兓?/p>

2.5 CO體積分?jǐn)?shù)

點火開始后，CO體積分?jǐn)?shù)逐漸上升，在火焰未熄滅前開啟風(fēng)機(jī)，CO體積分?jǐn)?shù)迅速降低，CO體積分?jǐn)?shù)峰值小于試驗的峰值，說明在火災(zāi)進(jìn)行時開啟風(fēng)機(jī)可有效降低CO體積分?jǐn)?shù)，為人員求生創(chuàng)造條件。

3 結(jié)論

1)風(fēng)機(jī)布置不可距門太近，距離為1.5 m時降溫效果最好。

2)風(fēng)機(jī)可適當(dāng)調(diào)整仰角，以不超過20°為宜。

3)移動風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)時可有效抑制煙氣從出口的溢流現(xiàn)象，但其布放位置應(yīng)距離門口約1.5 m才能達(dá)到較好效果，同時應(yīng)將風(fēng)機(jī)仰角設(shè)置到20°左右，能最大限度地封堵煙氣的溢流。正壓送風(fēng)在防止煙氣溢流的同時，可有效排出艙室內(nèi)煙氣，降低艙內(nèi)溫度，提高火場能見度，但風(fēng)機(jī)送風(fēng)不應(yīng)直接作用于油池，否則會使火焰產(chǎn)生較大傾角，導(dǎo)致火災(zāi)蔓延。應(yīng)盡量將風(fēng)機(jī)送風(fēng)作用于油池上方的煙氣，可達(dá)到較好的排煙降溫效果。

[1] 謝元一.建筑物走廊型通道中火災(zāi)煙氣流動特性及其防排煙系統(tǒng)特征研究[D].重慶：重慶大學(xué),2005.

[2] 趙國凌.防排煙工程[M].天津：天津科技翻譯出版社，1991.

[3] 胡隆華,霍然.超狹長兩端封閉空間煙氣運動工程分析方法的初步研究[J].火災(zāi)科學(xué)，2003(1)：36-39.

[4] ZHONG Mahua. Safety evacuation of engineering and construction projects in China [J]. Journal of loss prevention in the process industries, 2003(16):201-207.

[5] 曹琳.水面艦船火災(zāi)煙霧的控制和管理方法[J].中國艦船研究,2011,6(2):84-87.

[6] 王萬通,李思成,荀迪濤.移動風(fēng)機(jī)對公路隧道火災(zāi)煙氣控制效果的模擬研究[J].消防科學(xué)與技術(shù),2014,33(4):397-399.

[7] 陳碩，彭偉，霍然，等.射流風(fēng)機(jī)作用下的單隧道流場特性[J].消防科學(xué)與技術(shù),2008,27(10):728-731.

[8] 任彤，莊偉戎.隧道工程通風(fēng)排煙設(shè)計方案探討[J]. 消防科學(xué)與技術(shù),2013,32(8):847-850.

[9] 褚雙磊,俞國勝,秦瑞鴻.CFD仿真在軸流式滅火風(fēng)機(jī)流場優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[J].流體機(jī)械,2010,38(10):33-38.

[10] 彭偉.公路隧道火災(zāi)中縱向風(fēng)對燃燒及煙氣流動影響的研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2008.

[11] 袁書生,丁偉鋒,趙元立.細(xì)水霧抑制艦船會議室火災(zāi)的大渦模擬[J].中國艦船研究,2016,11(5):120-127.

Application Experiments of Portable Smoke Ventilator in Fire Smoke Controlled Cabin Model

TAO Yang1， WU Hong-mei2

(1.City College， Wuhan university of Science and Technology, Wuhan 430083, China；2.China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Experiments were carried out in the fire smoke controlled cabin model. The temperature of fire smoke, visibility and CO concentration varied with time and space in different distances from the fire room and the angles of the portable smoke ventilator was studied under pressure ventilation. It was concluded that the pressure ventilation can prevent the smoke overflow, exhaust the smoke, reduce the temperature and improve the visibility. The best position is 1.5m from the door of the smoke cabin, and the best pitch attitude is 200, which can get the better effect of the smoke exhaust.

portable smoke ventilator; fire smoke; ship fire

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.023

2017-01-08

國家部委基金資助項目

陶陽(1985—)，女，碩士，講師

研究方向：火災(zāi)安全仿真模擬與試驗

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0102-04

修回日期：2017-03-07