頂部開口腔室油池火災特性研究

《頂部開口腔室油池火災特性研究》是依託中國科學技術大學，由陸守香擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：頂部開口腔室油池火災特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陸守香
• 依託單位：中國科學技術大學

船舶機艙是一類頂部開口的腔室，火災時燃燒區由於難以卷吸到新鮮空氣可能出現悶熄現象，所以，其火災行為與帶有垂直開口的建築火災行為顯著不同。本項目通過模擬實驗和理論分析相結合的方法，研究頂部開口腔室內油池火悶熄行為，尋找燜熄的機理和發生悶熄的判斷條件。分析頂部開口條件、火源尺寸、腔室尺寸以及火災位置等因素對火焰悶熄現象的影響，弄清池火從點燃到悶熄的燃燒時間（悶熄時間）以及火災參數（包括燃燒速率、煙氣溫度與氣體組分濃度等）的變化規律；綜合相關實驗結果，分析確定悶熄時間與火源當量直徑、水平開口大小和腔室體積等因素的綜合定量關係，以及腔室內火災參數與這些因素的定量關係，建立判斷頂部開口腔室池火悶熄的理論模型和參數預測模型。本研究可給出頂部開口腔室火災基本參數預測模型及火焰悶熄的判斷模型，從而為船舶機艙等典型腔室的火災風險評估及滅火救援提供理論依據。

船舶機艙是一類頂部開口的腔室，火災時燃燒區由於難以卷吸到新鮮空氣可能出現悶熄現象，所以其火災行為與帶有垂直開口的建築火災行為顯著不同。本項目建立了頂部開口可變的封閉腔室火災實驗台，發現頂部開口減小到一定程度時腔室油池火燃燒由燃料耗盡熄滅轉化為燃料剩餘而發生自熄滅行為。定義了開口因子以綜合反映火源尺寸、艙室尺寸和開口大小對自熄滅行為的影響，從而建立了頂部開口腔室油池火自熄滅的臨界幾何條件。基於極限氧指數概念建立了無開口封閉腔室火焰自熄滅時間理論模型，發現無開口封閉腔室無量綱熄滅時間與無量綱火源體積成反比，無開口封閉腔室池火綜合燃燒效率隨無量綱火源體積增大而減小，並準確預測了NRL全尺度試驗的自熄火時間。揭示了頂部開口流動與腔室池火熄滅行為的內在影響機制，基於量綱分析建立了耦合腔室尺寸、開口大小和火源面積的頂部開口腔室池火自熄火時間模型。發現了頂部開口腔室池火燃燒速率及脈動頻率均小於開放空間值的特點，以及隨頂部開口減小而出現遊走火行為。發現頂部開口腔室池火在薄油池燃燒情況下存在沸騰燃燒行為，並揭示了小尺度薄油池火沸騰燃燒機理，以及遊走火與沸騰燃燒的關係。發現了封閉腔室火災煙氣填充模式——火源下方反向充填現象，當煙氣填充到火源面時滯止，然後由頂部射流形成的牆壁射流以及壁面冷流（壁面冷卻形成重力流-反浮力流）流動到艙室底部，羽流卷吸作用促進煙氣從底部向上完成填充。驗證與修正了單區模型，基於分段線性溫度分布假設，建立了封閉艙室火災煙氣溫度預測模型；建立了耦合頂部射流平均溫度模型、總熱平衡模型和煙氣層高度模型的各特徵溫度計算公式。揭示了頂部開口腔室池火發生悶熄的氧氣濃度條件。火焰發生“缺氧熄滅”現象時，其卷吸氣體中的氧氣含量約處於13%~16%的範圍，平均值為14.4%。頂部開口腔室池火燃燒效率因氧氣濃度降低而不斷降低。項目總計在國內外重要期刊和會議上發表（包括被錄用）論文22篇，其中SCI收錄期刊7(含一區期刊1篇)，EI收錄期刊7篇，國內CSCD收錄及核心期刊論文8篇。完成博士學位論文2篇，碩士學位論文1篇。項目可為我國船舶機艙等典型腔室的火災風險評估及滅火救援提供理論依據和基礎數據。