，，

(1.海軍研究院，北京 100161；2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230026)

柴油作為艦船最常采用的動(dòng)力能源，大量存儲(chǔ)在艦船的油艙之中。為了平衡油艙內(nèi)氣壓，每個(gè)柴油艙都有通向大氣的透氣管。在艦船實(shí)際設(shè)計(jì)建造時(shí)，出于減少甲板開(kāi)口、集約管系考慮，往往把儲(chǔ)存同一種油品的多個(gè)油艙的透氣管路匯集成一根總管后再穿過(guò)甲板。在這種集中式透氣系統(tǒng)中，如果其中一個(gè)油艙發(fā)生爆炸起火，火焰可能會(huì)通過(guò)透氣管傳播到其他油艙，并引發(fā)二次爆炸。在原油船上曾發(fā)生過(guò)類(lèi)似事故[1]，柴油艙及其透氣管是否也存在此類(lèi)安全隱患，有待進(jìn)一步研究。

上述問(wèn)題主要涉及艦船柴油艙及其集中透氣管內(nèi)柴油蒸發(fā)分布和油氣爆炸及傳播過(guò)程。對(duì)于油箱及油艙這類(lèi)限制性空間燃油油氣蒸發(fā)排放問(wèn)題，前人基于數(shù)值模擬方法開(kāi)展了深入研究。有學(xué)者采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬手段研究汽油飛濺加載情況下的油氣產(chǎn)生問(wèn)題，討論加載速度、溫度和初始油氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)等因素對(duì)汽油揮發(fā)損失的影響[2]。利用Fluent軟件對(duì)靜態(tài)燃油蒸發(fā)進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬靜態(tài)燃油受熱蒸發(fā)以及燃油內(nèi)部溫度變化的過(guò)程，結(jié)果表明，初始時(shí)汽油蒸發(fā)迅速，待輕質(zhì)組分蒸發(fā)完畢后，蒸發(fā)趨勢(shì)開(kāi)始變緩；對(duì)不同的升溫速率、壁面溫度、油膜厚度和不同的燃料展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)溫度、油膜厚度和不同燃料都對(duì)蒸發(fā)有著不同程度的影響[3]?；贔luent軟件建立加油過(guò)程氣液兩相流動(dòng)和蒸發(fā)相變計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析模型，討論加油速度和燃油溫度對(duì)蒸發(fā)排放的影響，結(jié)果表明，加油量一定時(shí)，燃油蒸發(fā)率隨加油速度加快而增大，隨燃油溫度上升而增大；蒸發(fā)量則隨加油速度加快而減小，隨燃油溫度上升而增大[4]。前人的研究主要集中在車(chē)輛等設(shè)備的油箱個(gè)體內(nèi)油氣蒸發(fā)及分布數(shù)值模擬研究[5-7]，對(duì)于大型艦船柴油艙組及其集中透氣管路系統(tǒng)內(nèi)柴油蒸發(fā)及油氣分布的研究還未見(jiàn)報(bào)道。

對(duì)于可燃?xì)怏w起火爆炸并在管道內(nèi)傳播問(wèn)題，前人也開(kāi)展了大量研究工作[8-9]。有學(xué)者研究了輸油管路中汽油蒸氣爆炸規(guī)律，綜合考慮湍流及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理對(duì)燃燒的影響，建立詳細(xì)流動(dòng)耦合簡(jiǎn)化的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的湍流燃燒模型，以有限體積法求解爆炸流動(dòng)及反應(yīng)控制方程，對(duì)二維壓力管道中汽油蒸汽爆炸的過(guò)程及規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有較好的吻合性[10]。有學(xué)者開(kāi)展了管道氫氣空氣預(yù)混氣體爆炸特征的試驗(yàn)研究，使用尺寸為150 mm×150 mm×1 000 mm的方形透明管道，通過(guò)試驗(yàn)觀(guān)測(cè)了氫氣體積分?jǐn)?shù)從10%到40%的爆炸火焰形狀、傳播速度與壓力變化規(guī)律[11]。但是前人對(duì)于柴油蒸氣的爆炸及其管道中傳播過(guò)程研究較少，且實(shí)驗(yàn)研究多使用小尺寸或縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)于大型集中式透氣管內(nèi)可燃?xì)怏w爆炸及傳播過(guò)程的研究十分有限。

文中擬通過(guò)數(shù)值模擬方法研究艦船柴油艙組及其集中透氣管內(nèi)不同溫度下靜態(tài)柴油蒸發(fā)及油氣分布規(guī)律，以及該油氣體積分?jǐn)?shù)分布情況下，一個(gè)柴油艙發(fā)生起火爆炸后火焰通過(guò)透氣管引發(fā)相鄰油艙爆炸的可能性及危害性。

1 數(shù)值模擬方法

1.1 油氣蒸發(fā)模擬方法

基于Fluent軟件開(kāi)展油氣蒸發(fā)模擬，所用模型及相關(guān)輸入?yún)?shù)如下。

相變過(guò)程即液態(tài)柴油蒸發(fā)為氣態(tài)可燃蒸氣，氣液兩相之間發(fā)生傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象，采用飽和蒸氣壓與蒸發(fā)速率關(guān)系，將相變過(guò)程簡(jiǎn)化處理為與氣相質(zhì)量方程相關(guān)的質(zhì)量源來(lái)計(jì)算相變過(guò)程，并采用Fluent自帶組分輸運(yùn)模型和傳熱模型計(jì)算蒸氣擴(kuò)散和熱傳遞過(guò)程。

采用重整化k-ε模型來(lái)模擬加油過(guò)程中氣液兩相流的流動(dòng)特性，關(guān)于湍動(dòng)能k和耗散率ε的方程[12]如下。

柴油屬于輕質(zhì)油料，主要成分為碳原子數(shù)9～2l的正烷烴類(lèi)，平均組分為正十二烷[13-14]，為簡(jiǎn)化模擬，假設(shè)柴油組分為正十二烷，并以正十二烷的物性參數(shù)為模擬輸入?yún)?shù)。

柴油艙內(nèi)油氣體積分?jǐn)?shù)分布主要為組分輸運(yùn)問(wèn)題，關(guān)鍵參數(shù)為組分質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)。由傳熱傳質(zhì)學(xué)可知，當(dāng)壓力恒定時(shí)，質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)與溫度之間服從以下規(guī)律：

Df=α·T1.5

式中：α為常數(shù)系數(shù)；T為溫度，K；Df為質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。由此，可以估算得到不同溫度下柴油組分質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)，見(jiàn)表1。

1.2 油氣爆炸模擬方法

本文采用FLACS數(shù)值模擬軟件開(kāi)展柴油艙爆炸及透氣管傳爆模擬研究，相關(guān)假設(shè)、模型和輸入?yún)?shù)如下。

柴油艙內(nèi)油氣爆炸過(guò)程是一個(gè)帶化學(xué)反應(yīng)的流動(dòng)過(guò)程，爆炸過(guò)程極為復(fù)雜，需進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化假設(shè)：①模擬氣體滿(mǎn)足真實(shí)氣體狀態(tài)方程；②燃燒氣體混合物的比熱容不隨溫度變化，滿(mǎn)足混合規(guī)則；③可燃性氣體爆炸過(guò)程為單步可逆反應(yīng)。

考慮爆燃為理想氣體的加熱膨脹，氣體動(dòng)力學(xué)可用連續(xù)方程、動(dòng)量方程和能量方程等基本方程表示。模型所包括的基本方程：連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程、湍流動(dòng)能方程、湍流動(dòng)能耗散率方程、燃料組分方程和混合物組分方程，可以用統(tǒng)一形式表示：

此外，選用湍流燃燒時(shí)均方程組描述流場(chǎng)；用k-ε湍流模型描述燃燒過(guò)程中的湍流變化；采用β-火焰模型描述燃燒過(guò)程中燃燒反應(yīng)速率的變化；用壁面函數(shù)法處理近壁區(qū)流場(chǎng)的變化。

2 柴油艙及透氣管模型

選取某艦船柴油艙及其連通透氣管(見(jiàn)圖1)為研究對(duì)象，進(jìn)行1∶1數(shù)值建模，其中柴油艙外形為長(zhǎng)方體，尺寸約為3 750 mm(長(zhǎng))×1 800 mm(寬)×1 000 mm(高)×2(艙)，透氣管豎直高度7 000 mm，水平長(zhǎng)度4 000 mm。

油氣蒸發(fā)模擬時(shí)，考慮柴油艙組在空間布置上具有對(duì)稱(chēng)性，選左半邊區(qū)域開(kāi)展建模計(jì)算，體積分?jǐn)?shù)測(cè)點(diǎn)分布見(jiàn)圖2。油艙內(nèi)測(cè)點(diǎn)共6個(gè)，其中測(cè)點(diǎn)1、2、3的高度均為0.7 m，測(cè)點(diǎn)4、5、6的高度均為0.9 m；透氣管內(nèi)測(cè)點(diǎn)共7個(gè)，其中測(cè)點(diǎn)7、8、9、10、11的高度分別為2.75 m，4.5 m、6.25 m和8 m。

爆炸模擬時(shí)，則建立完整模型開(kāi)展計(jì)算，溫度和壓力測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖3，測(cè)點(diǎn)1～6的高度分別為0.5 m、2 m、3 m、5 m、7 m和8 m，測(cè)點(diǎn)7～12的位置關(guān)于模型中軸線(xiàn)與1～6號(hào)測(cè)點(diǎn)對(duì)稱(chēng)。

圖1 某艦船油艙及其透氣管尺寸示意

圖2 油氣蒸發(fā)模擬測(cè)點(diǎn)分布

圖3 爆炸模擬測(cè)點(diǎn)分布

3 數(shù)值模擬及其結(jié)果分析

3.1 柴油艙內(nèi)柴油蒸發(fā)過(guò)程

進(jìn)行柴油艙柴油蒸發(fā)模擬時(shí)，設(shè)定油艙裝油量為50%，分別針對(duì)環(huán)境溫度為20、40、60、80 ℃時(shí)的柴油液面處自然蒸發(fā)及艙內(nèi)油氣組分輸運(yùn)過(guò)程開(kāi)展研究。結(jié)果表明，不同環(huán)境溫度下，柴油蒸發(fā)和油氣輸運(yùn)過(guò)程類(lèi)似，僅蒸發(fā)及組分輸運(yùn)速率有所不同，因此以80 ℃時(shí)柴油蒸發(fā)和油氣輸運(yùn)過(guò)程為例進(jìn)行分析，見(jiàn)圖4。

初始，柴油液體在液面處產(chǎn)生揮發(fā)，靠近液面處蒸氣體積分?jǐn)?shù)接近該溫度下飽和蒸氣體積分?jǐn)?shù)。

隨后，蒸氣向上擴(kuò)散輸運(yùn)，填充柴油液體上部艙體空間和透氣管內(nèi)空間。分析該模擬條件下組分輸運(yùn)的驅(qū)動(dòng)力，主要有：由于蒸氣離開(kāi)液面向上擴(kuò)散，空氣必然向液面擴(kuò)散形成空氣擴(kuò)散流，空氣并不會(huì)穿透液面使得空氣在氣-液相分界面上總物質(zhì)流為零，因此，除有擴(kuò)散流之外還有一個(gè)與空氣擴(kuò)散流方向相反的空氣-蒸氣混合氣的整體質(zhì)量流，蒸氣擴(kuò)散流加之混合氣整體質(zhì)量流即為斯蒂芬(Stefan)流；艙壁和柴油會(huì)逐漸加熱艙內(nèi)和下部透氣管內(nèi)空氣，使得下部空氣密度降低，與上部空氣形成密度差，形成煙囪效應(yīng)，造成下部氣體向上整體宏觀(guān)浮力流動(dòng)。此外，柴油蒸發(fā)及艙內(nèi)和透氣管內(nèi)空氣升溫會(huì)導(dǎo)致氣體膨脹，膨脹力做功導(dǎo)致氣體向透氣管出口流動(dòng)，加速蒸氣擴(kuò)散輸運(yùn)過(guò)程。

模擬結(jié)束時(shí)，柴油艙內(nèi)蒸氣分布基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)柴油艙和透氣管內(nèi)柴油蒸氣體積分?jǐn)?shù)較高，并隨著到透氣管出口的沿程距離減小，油氣體積分?jǐn)?shù)稍有衰減，但體積分?jǐn)?shù)差值小于0.1%，總體接近于該溫度下柴油飽和蒸氣體積分?jǐn)?shù)。

3.2 油溫對(duì)蒸發(fā)的影響

圖5為環(huán)境溫度為20、40、60、80 ℃時(shí)測(cè)點(diǎn)油氣體積分?jǐn)?shù)變化曲線(xiàn)。

圖5 不同環(huán)境溫度下測(cè)點(diǎn)油氣體積分?jǐn)?shù)變化

由圖5可見(jiàn)，同一溫度下的相同時(shí)刻測(cè)點(diǎn)離上端通大氣口越近，蒸氣體積分?jǐn)?shù)值越低；測(cè)點(diǎn)越接近柴油液面，體積分?jǐn)?shù)值增加越快。不同溫度下，不同測(cè)點(diǎn)測(cè)得體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化曲線(xiàn)具有相似性，均呈隨時(shí)間增加蒸氣體積分?jǐn)?shù)值逐漸增大隨后逐漸趨于穩(wěn)定的“S”型曲線(xiàn)，差異主要集中在趨于穩(wěn)定時(shí)體積分?jǐn)?shù)值不同，且達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間快慢不同，模擬工況環(huán)境溫度越高，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的體積分?jǐn)?shù)值越高。不同溫度下趨于穩(wěn)定時(shí)平均體積分?jǐn)?shù)值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，20 ℃時(shí)趨于平衡時(shí)艙內(nèi)和透氣管內(nèi)油氣平均體積分?jǐn)?shù)為0.040%，40 ℃、60 ℃和80 ℃時(shí)分別為0.171%、0.597%和1.753%。同時(shí)環(huán)境溫度越高，達(dá)到穩(wěn)定體積分?jǐn)?shù)的時(shí)間越快，主要是因?yàn)闇囟仍礁?，柴油液面處蒸發(fā)速率越大導(dǎo)致體積分?jǐn)?shù)梯度越大，且質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)越大。

3.3 不同工況下柴油艙組傳爆危險(xiǎn)性

3.3.1 60 ℃環(huán)境溫度下模擬結(jié)果

表2 模擬得到達(dá)到平衡時(shí)油蒸氣平均體積分?jǐn)?shù)

針對(duì)150 mm直徑透氣管，對(duì)60 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管內(nèi)火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。由圖6可見(jiàn)，初始階段火焰以球形向外自由膨脹，該過(guò)程中火焰?zhèn)鞑ゲ皇芘摫诿娴挠绊憽Ｆ鋫鞑ニ俣戎饕軐恿魅紵俣萔f、膨脹比σ和火焰結(jié)構(gòu)參數(shù)ζ影響，即

Vf=ζσSL

式中：膨脹比σ是未燃預(yù)混氣體和燃燒產(chǎn)物的密度之比，對(duì)于球形火焰其結(jié)構(gòu)參數(shù)ζ可以取2(相對(duì)于平面火焰而言)。隨著火焰接觸壁面和透氣管入口，火焰不再呈現(xiàn)球形，并沿透氣管向上傳播，但由于管壁的降溫作用，火焰?zhèn)鞑ゼs2 m后熄滅，模擬到2.4 s時(shí)自動(dòng)結(jié)束。整個(gè)過(guò)程柴油艙發(fā)生點(diǎn)燃爆炸，但是火焰未能通過(guò)透氣管引起相鄰艙室起火爆炸。

圖6 60 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑150 mm)內(nèi)不同時(shí)刻火焰?zhèn)鞑デ闆r

圖7為60 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑150 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。溫度數(shù)據(jù)顯示僅有艙內(nèi)及透氣管入口處溫度明顯上升，最高溫度分別達(dá)到2 002 ℃和781 ℃，其余測(cè)點(diǎn)溫度均未明顯變化，表明柴油艙組未發(fā)生傳爆現(xiàn)象。

圖7 60 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑150 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

3.3.2 80 ℃環(huán)境溫度下模擬結(jié)果

針對(duì)150 mm直徑透氣管，對(duì)80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管內(nèi)火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程進(jìn)行了數(shù)值仿真，結(jié)果與60 ℃時(shí)工況類(lèi)似。由圖7可見(jiàn)，初始階段火焰以球形向外自由膨脹，隨著接觸壁面和透氣管入口，火焰開(kāi)始沿透氣管向上傳播。80 ℃工況下火焰?zhèn)鞑ジ?，且火焰沿透氣管向上傳播距離更長(zhǎng)(約為3 m)，但隨后火焰仍熄滅，模擬在2.25 s左右自行結(jié)束。整個(gè)過(guò)程柴油艙被點(diǎn)燃爆炸，但是火焰未能通過(guò)透氣管引起相鄰艙室起火爆炸。

圖8 80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑150 mm)內(nèi)不同時(shí)刻火焰?zhèn)鞑デ闆r

圖9為80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑150 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。溫度數(shù)據(jù)顯示僅有靠近點(diǎn)火處1～3測(cè)點(diǎn)溫度明顯上升，最高溫度分別為2 017 ℃、1 134 ℃和626 ℃，同樣表明柴油艙組間未發(fā)生傳爆現(xiàn)象。

圖9 80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑150 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

3.3.3 80 ℃環(huán)境溫度下模擬結(jié)果

由于以上兩種工況均未發(fā)生傳爆現(xiàn)象，火焰在透氣管傳播階段自行熄滅，推測(cè)透氣管管徑是限制傳爆的主要因素。因此，選取最危險(xiǎn)工況(艙內(nèi)溫度為80 ℃、艙中部點(diǎn)火)并將管徑增大為500 mm開(kāi)展模擬研究。

圖10為80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500 mm)內(nèi)火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程，初始階段火焰同樣以球形向外自由膨脹。該過(guò)程中，火焰面相對(duì)光滑，可以看做層流傳播。隨著火焰繼續(xù)膨脹，火焰表面呈現(xiàn)不規(guī)則性，說(shuō)明火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中逐漸湍流化，隨著火焰在透氣管內(nèi)傳播，火焰表面更加不穩(wěn)定。當(dāng)透氣管內(nèi)火焰?zhèn)鞑ブ恋谝欢嗡胶拓Q直管道拐角時(shí)(模擬時(shí)間約1.4 s)，火焰突然加速，速度超過(guò)200 m/s，并瞬間點(diǎn)燃相鄰油艙引發(fā)爆炸。分析認(rèn)為，該過(guò)程受到熱擴(kuò)散不穩(wěn)定性和朗道-達(dá)里厄不穩(wěn)定性影響，同時(shí)因?yàn)榛鹧嬖趥鞑ミ^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生聲波。該聲波以當(dāng)?shù)芈曀傧蚯皞鞑?，?dāng)遇到艙壁面時(shí)，會(huì)形成反射，當(dāng)反射聲波作用于火焰面時(shí)，會(huì)引起亥姆霍茲不穩(wěn)定性。

圖10 80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500mm)內(nèi)不同時(shí)刻火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程

圖11為80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)?？梢钥闯龈鱾€(gè)測(cè)點(diǎn)溫度均存在明顯變化，各測(cè)點(diǎn)最高溫度均在1 900～2 200 ℃見(jiàn)表3。

圖12為80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)壓力隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。各測(cè)點(diǎn)壓力在1.4～1.5 s區(qū)間內(nèi)存在明顯峰值，且不同測(cè)點(diǎn)超壓峰值存在明顯差異，統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。隨著測(cè)點(diǎn)離點(diǎn)火源距離增大，壓力增大，被點(diǎn)火艙超壓最高，達(dá)到5.55 MPa。

圖11 80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

圖12 80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)超壓隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

表3 80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)最高溫度

表4 80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)最高壓力

圖13為80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)區(qū)間平均火焰?zhèn)鞑ニ俣?。其中透氣管末端到被點(diǎn)火艙內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，接? 000 m/s。

圖13 80 ℃環(huán)境溫度下艙中部點(diǎn)火時(shí)柴油艙及其透氣管(直徑500 mm)內(nèi)測(cè)點(diǎn)區(qū)間平均火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

4 結(jié)論

利用Fluent和Flacs軟件對(duì)柴油艙組及其集中透氣管內(nèi)柴油油氣蒸發(fā)分布及燃燒爆炸進(jìn)行模擬。在文中模型體系下，F(xiàn)luent模擬結(jié)果顯示，靜態(tài)柴油蒸發(fā)產(chǎn)生油蒸氣，在擴(kuò)散力、浮力、史蒂芬流、熱膨脹等驅(qū)動(dòng)力作用下輸運(yùn)擴(kuò)散至充滿(mǎn)整個(gè)油艙和透氣管，隨著靠近透氣管頂部通大氣口蒸氣體積分?jǐn)?shù)略有衰減，但總體接近該溫度下飽和蒸氣體積分?jǐn)?shù)值。不同溫度工況下，溫度越高，達(dá)到平衡時(shí)艙內(nèi)和透氣管內(nèi)平均體積分?jǐn)?shù)值越高，20、40、60和80 ℃時(shí)平均體積分?jǐn)?shù)值分別為0.004%、0.171%、0.597%和1.753%。針對(duì)150 mm直徑透氣管，F(xiàn)LACS模擬結(jié)果顯示，柴油艙溫度為60 ℃且艙中部點(diǎn)火、柴油艙溫度為80℃且艙中部點(diǎn)火兩種工況下，點(diǎn)火柴油艙均發(fā)生燃燒爆炸，但在透氣管內(nèi)火焰自行熄滅，并未點(diǎn)燃相鄰柴油艙。透氣管直徑改為500 mm時(shí)，當(dāng)柴油艙溫度為80 ℃且艙中部點(diǎn)火時(shí)，火焰可以通過(guò)透氣管傳播并引發(fā)相鄰艙室燃燒爆炸，被點(diǎn)火艙溫度達(dá)2 100 ℃，超壓達(dá)55.5 MPa，最高傳播速度接近2 000 m/s。

以上結(jié)論是在對(duì)模型進(jìn)行一定簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)值模擬得到的，在考慮柴油組分時(shí)將其簡(jiǎn)化為正十二烷。實(shí)際上，長(zhǎng)時(shí)間存放的柴油會(huì)發(fā)生老化裂解，產(chǎn)生短鏈烷、烯、炔烴類(lèi)物質(zhì)，增加油氣的燃爆危險(xiǎn)性。因此，下一步應(yīng)開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究真實(shí)情況下艦船柴油艙組及其集中透氣管內(nèi)柴油蒸氣燃爆問(wèn)題。