船舶舱室火灾场景特性的场-区-网耦合模拟技术研究

火灾是当前船舶面临的主要危害之一，船舶火灾所造成海难事故的比重逐年增加。火灾产生的有毒高温烟气是造成人员伤亡的主要原因。为了探索认识船舶火灾及烟气蔓延规律的新方法，提高船舶舱室火灾应对技术水平，本研究针对船舶舱室火灾及烟气蔓延规律开展计算机数值模拟新方法的研究，并结合缩尺寸模型实验进行结果验证。基于火灾风网动态传播思想，首次建立船舶火灾及烟气蔓延的全风网数值计算模型，并同火灾的场模型、区域模型相结合，使之适用于表征船舶舱室火灾的场景特性，建立火灾场-区-网模型边界耦合条件，开发船舶舱室火灾及烟气蔓延规律的场-区-网复合模型，实现对船舶舱室火灾时期烟流场景特性的全面的动态模拟，计算船舶舱室火灾的灾害特征和发展变化规律，解决单一模拟模型的固有缺点以及模型实验代价高的问题。本项目研究成果，将开辟船舶火灾模拟研究新方法，为船舶火灾事故的预防、火灾烟气控制、人员疏散和灾害应对提供技术支持。

针对船舶舱室火灾蔓延特性及烟气流动规律开展场-区耦合模型和模拟方法的研究。建立了体积守恒、能量守恒和组分守恒的场-区耦合边界条件，基于FDS场模型和CFAST区域模型分析工具开发了船舶舱室火灾场-区耦合模型，同时建立船舶舱室实验平台开展了场-区耦合模型可靠性实验验证研究。结合船舶结构特点和壁面材料特性，构建了舱壁与热烟气的热交换模型和热风压模型，对火灾烟流网络模拟软件MFIRE进行修正，形成了船舶通道火灾通风网络模拟技术。建立了顶层烟流与低层冷空气混合的位置确定模型和船舶火灾区-网温度耦合模型，进行船舶舱室火灾区-网耦合模拟。项目的研究工作在1）缩尺寸船舶舱室火灾场-区-网模拟实验平台的搭建，2）船舶舱室火灾的场-区模型方法，3）船舶舱室火灾时期风流的一维动态模型和4）船舶舱室火灾的区-网模型方法等四个关键问题上取得了创新性成果。基于本项目申请发明专利1项，发表学术论文5篇，培养硕士研究生3名，并开展多项国内外学术合作交流。