横向舱壁对火羽流作用的临界高度分析.pdf

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1、第35卷第6期2013年6月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．6Jun．，2013横向舱壁对火羽流作用的临界高度分析邓维杰，王磊(公安海警学院机电管理系，浙江宁波315801)摘要：分析舱室横向壁面对轴对称火羽流作用的理论临界高度，将舱室内油料火灾的羽流运动速度和质量卷吸量仿真计算结果与Zukoski，McCaffrey，Thomas—Hinkley及Heskestad经验羽流模型进行比较，给出较为合理的羽流模型，仿真计算结果验证了理论分析的正确性。关键词：火羽流；临界高度；横向舱壁中图分类号：U661文献标识码：A文章编号：1672—764

2、9(2013)06—0096—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2013．06．021AnalysisoncriticalheightoffireplumeeffectedbytransversecabinwallDENGWei-jie，WANGLei(ChinaMarinePoliceAcademy，Ningbo315801，China)Abstract：Thecriticalheightofaxialsymmetricallyfireplumeeffectedbytransversecabinwallwastheatricallyanalyzed．Theo

3、ilfireplumekineticvelocityandmassfluxincabincalculatedbyexperiencedplumemodelZukoski，McCaffrey，Thomas-HinkleyandHeskestadwerecontrastedwithsimulatedresults，andtherelativelyrationalfireplumemodelwasobtained．Meanwhile，thesimulatedresultsagreeswellwiththetheatricallyanalyzedconclusion．Keywords：firep

4、lume；criticalheight；transversecabinwall0引言1横向舱壁对火羽流作用的临界高度理论火灾是船舶易发生的一种安全事故。由于船舶舱室环境密闭、结构复杂、空间狭小、易燃易爆物多而集中、空气流通不畅，发生火灾不仅会造成重大的经济损失，同时还能造成船员伤亡，战时还可导致战斗的失利，造成不可估量的损失。火灾过程中的羽流模型是进行船舶舱室火灾与烟气发展评价、防排烟设计的基础。对于非受限空间的火羽流数学计算模型，前人进行了大量的研究。Morton，Thomas，Macaffrey，Zukoski及Heskestad等对火羽流理论及其分析作出了重要的贡献¨。·。这些研究

5、给出了简单的Froude物理建模和对浮力湍流火灾的尺寸分析。但对于非规则结构受限空间，其羽流理论模型的适用性还需要进一步的分析。分析船舶不规则结构舱室横截界面轮廓基本为圆形，发生火灾时，火源燃烧释放大量的热量和烟气，形成高温环境，热烟气与周围环境空气之间的温差形成的浮力成为烟气流动的主要驱动力。燃烧产生的热烟气由浮力驱动从火焰区直接上升形成烟气羽流，上升过程中受到拱形舱壁面限制，烟流在圆柱形空间的纵向长度方向作理想羽流水平运动，而烟气羽流在横截面方向上升一定高度后将受到圆形壁面的限制。设圆柱形舱室底板高为％，火源中心沿舱室底板与舱壁的距离为￡。，圆柱形空间内舱底甲板处于不同高度时舱室的结

6、构如图1所示。收稿日期：2012—10—19；修回日期：2012—11—26作者简介：邓维杰(1974一)，男，硕士，副教授，主要从事海警舰艇安全与管理的教学与研究。第6期邓维杰，等：横向舱壁对火羽流作用的临界高度分析-97·图1舱室底板处于不同位置的结构不意图Fig．1Sketchmapofthecabinconstructionwithdifferentfloorheight设圆柱形空间烟气羽流的上升高度为彳，可以将烟气羽流依据高度分为2部分，并假设烟流在未受到舱壁限制的竖直上升阶段符合轴对称羽流模型。而当烟气羽流上升到一定高度后，横向舱壁开始对烟气运动起限制作用，如图2所示。轴对称

7、羽流舱壁作用的羽流图2羽流横截面示意图Fig．2Skechmapoftheplumecrosssection假设烟气的流动状态满足Moron等提出的Boussinesq假设，即烟气流与环境空气的密度差只体现在动量方程的浮力项，而在其他项则近似认为烟气密度与环境空气密度相等，同时满足Heskestad等根据实验测量提出的进入羽流的热量Q约为火源热释放速率70％的结论。可以认为烟气在上升阶段在圆柱形空间的纵向长度方向呈现理想羽流水平运动