船舶舱室空间流淌火灾动力学演化机制及模型研究

The oil leakage in a ship engine room is prone to result in a spill fire with the special “flow and burn” pattern. This dynamic combustion process is of great danger, while relevant work can hardly be found in the literature. In this project, both the simulated experiment and theoretical analysis will be employed to investigate the fire dynamics mechanisms of spill fires in a ship cabin: (1) Establishing the mathematical models for spill fire scale affected by leakage parameters (leakage rate, leakage volume), substrate parameters (marine checkered steel plate, inclination), fuel type and ignition delay time; (2) Revealing the heat transfer mechanism for the combustion process of the spill fire in the ship cabin and also the effect of boundary condition of ship cabin on the spill fire spread, and further establishing the prediction models for the typical parameters (fire spread rate, heat release rate, temperature field, and radiation field) over time. Conventional cabin fire models are mostly founded based on steady-state burning of pool fires. This project focuses on the spill fire induced by oil leakage, which offsets the limitations of existing cabin fire models in solving the dynamic fire scenarios. Meanwhile, this research further provides basic data and theoretical supports for fire safety design, fire suppression and fire accidents survey in ships.

船舶机舱内油品泄漏后极易形成边流淌边燃烧的流淌火灾现象，这一动态燃烧过程危险性较大，但未见有系统的研究工作。本项目拟采用实验模拟和理论分析相结合的方法，探究船舶舱室内油品泄漏诱发的流淌火灾动力学演化机制：（1）建立流淌火灾规模增长与泄漏参数（泄漏速率、泄漏量）、流淌面参数（船用花钢板纹路、倾角）、燃料类型及点火延滞时间等参数的数学表征模型；（2）揭示船舶舱室空间流淌火灾发展过程中的传热学机制，明确船舶舱室边界条件对流淌火灾蔓延过程影响机制，建立船舶舱室流淌火灾动力学演化过程典型参数（火蔓延速率、热释放速率、温度场、辐射场）预测模型。传统的船舶舱室火灾模型大都基于稳定的池火源来构建，本项目聚焦油品泄漏诱发的流淌火灾，弥补了经典舱室火灾模型在解决动态火灾场景下的局限性；同时可为船舶防火安全设计、火灾扑救和事故调查提供更多的数据参考和理论支撑。

船舶机舱内油品泄漏后极易形成边流动边燃烧的流淌火灾现象，这一动态燃烧过程危险性较大，但未见有相应的研究工作。本项目采用实验模拟和理论分析相结合的方法，探究船舶舱室内油品泄漏诱发的流淌火灾现象，揭示影响流淌火灾演化的动力学机制，并建立流淌火灾典型参数的预测模型。主要研究发现如下：. （1）船舶舱室内的流淌火灾发展完全不同于开放空间，而且发展过程很大程度上取决于泄漏速率和流淌倾角等实际泄漏场景。由于氧气受限和热反馈增强的耦合竞争机制，船舶舱室内的流淌火在泄漏速率较大时可以分为快速扩散、减速扩散、准稳态燃烧和衰退四个典型阶段，而准稳态燃烧阶段在泄漏速率较小时并不一定存在。当流淌面有倾角时，舱室流淌火可分为快速扩散、稳定燃烧、燃烧面积衰退、准稳态燃烧和衰退五个阶段，而稳定燃烧和准稳态燃烧阶段在大多数情况下可能并不出现。. （2）船舶舱室内流淌火灾发展的初始阶段火蔓延速率比开放空间下要小，主要是由于初始阶段热反馈增强效应比氧气受限效应的作用更为突出，燃料消耗更快使得蔓延速率减缓。对于无倾角条件下的火蔓延过程，快速扩散阶段的火蔓延速率几乎是减速扩散阶段的两倍。构建的舱室流淌火灾火焰高度预测模型精度取决于不同阶段流淌火的燃烧效率，而燃烧效率的确定有赖于对流淌火各典型阶段的准确划分。. （3）利用修正的固体火焰模型，建立了预测船舶舱室流淌火灾辐射热流的分段理论预测模型，其预测结果精度可满足实际预测需求。同时，建立了耦合蔓延、燃烧和传热过程的半经验模型用于预测流淌火灾动态演化过程，预测结果与实验测量结果符合度较高。. 本项目聚焦油品泄漏诱发的流淌火灾，弥补了经典舱室火灾模型在解决动态火灾场景下的局限性；同时可为船舶防火安全设计、火灾扑救和事故调查提供更多的数据参考和理论支撑。