水平环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾行为及熄火临界条件研究

With the rapid development of the shipping industry, ship cabin fire accidents have ascending trend in the process of ship construction or maintenance. Usually, ship cabins are modeled as the cabins with a single horizontal opening, and the external wind has significant influence on the fire behavior in the ship cabin with a single horizontal opening. Through experiments, theoretical analysis and numerical modeling, this project tends to study the external wind effect on the fire behavior and the critical condition of fire extinction in the ship cabin with a single horizontal opening. The small-scale, medium-scale and large-scale ship cabin fire experiments will be conducted with changing the different boundary conditions (external wind velocity, opening scale, fire power, etc.). This project intends to reveal the influencing law of fire characteristics, and the generation and transportation laws of typical combustion products in the ship cabin with a single horizontal opening under the external wind. With the quantification of ventilation characterization, the effect of external wind on the flame extinction mechanism in the ship cabin with a single horizontal opening will be revealed, which further helps establish prediction model of critical condition of fire extinction in the ship cabin with a single horizontal opening under the external wind. The results of this project will provide reference for fire hazard assessment of ship cabin and ship fire safety prevention technology, and provide a guidance for the optimization design of ship structure.

随着船舶工业生产的快速发展，船舶舱室在建造或维修过程中火灾事故频发。船舶舱室通常被模化为顶部单开口舱室，而外界环境风对船舶顶部单开口舱室内火灾行为存在显著影响。本项目拟通过实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，系统地研究水平环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾行为及熄火临界条件。通过改变边界条件（环境风速、开口尺度、火源功率等 ）开展不同尺度的船舶顶部开口舱室火实验，揭示水平环境风作用下船舶顶部开口舱室内火源特性变化规律及典型燃烧产物生成与输运规律；通过量化水平环境风作用下顶部开口舱室的通风特征表征，揭示水平环境风对顶部开口舱室内火焰熄灭的影响机理，进一步建立水平环境风影响下顶部开口舱室内火焰熄灭临界条件的预测模型。本项目结果可为船舶舱室火灾危害性评估及船舶火灾安全防治技术提供参考，并为船舶结构的优化设计提供指导。

船舶舱室火灾安全是我国船舶工业的快速发展的重要保证，外界环境风对船舶顶部开口舱室内火灾行为存在显著影响。本项目主要通过实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究了水平环境风作用下船舶顶部开口舱室火灾行为及熄火临界条件。在项目执行期内，首先搭建了小尺度水平环境风作用下顶部开口舱室火灾实验平台，为本项目的顺利实施奠定了良好的基础。本项目揭示了水平环境风作用下顶部完全敞开舱室内火焰形态特征演化规律和舱室内温度分布规律，阐明了典型火焰倾斜形态及其产生机制，建立了受限舱室内火焰倾斜转变时临界风速预测模型。揭示了水平环境风作用下不同围护结构内火焰形态特征演化规律，分析了环境风速、迎/背风侧壁面高度等对火焰倾斜的影响规律，阐明了典型火焰倾斜形态及其产生机制，建立了火焰倾斜角度预测模型。分析了顶部开口舱室内火灾烟气流场分布特性、火诱导顶部开口流动三种典型流动模式，引入全局当量比参数对顶部开口流动进行了划分；利用激光诱导白炽光（LII）技术定量分析了碳烟体积分数的分布规律，建立了顶部开口舱室内火源平均碳烟体积分数峰值预测模型。揭示了燃料厚度系数对顶部开口舱室熄火行为的影响，建立了不同熄火模式下顶部开口受限舱室的燃烧效率预测模型；揭示了顶部开口舱室内不同熄火行为及熄火特征参数，探寻顶部开口舱室内火源自熄灭行为的临界条件。本项目已在国内外重要学术期刊和会议发表论文17篇，其中在Proceedings of the Combustion Institute, Fire Safety Journal, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry等领域权威期刊上发表SCI论文9篇，EI论文5篇。申请发明专利4项，其中授权实用新型专利2项。项目培养博士生2人，硕士生1人。项目完成了预期研究目标，达到了要求的成果目标，研究成果可为船舶舱室火灾危害性评估及船舶火灾安全防治技术提供参考，并为船舶结构的优化设计提供指导。