火災(zāi)環(huán)境下密閉艙室煙氣溫度分布特性研究

摘 要：火災(zāi)下艙室溫度分布分析有助于船舶結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)，為船舶艙室火災(zāi)的撲救提供指導(dǎo)性建議，并為船舶艙室改造再利用提供參考。本文采用火災(zāi)模擬軟件FDS對(duì)船舶密閉艙室模型進(jìn)行火災(zāi)模擬，研究了其溫度分布特性，并提出研究密閉艙室火災(zāi)存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：密閉艙室；FDS；火災(zāi)模擬；溫度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.222

0 引言

火災(zāi)是船舶不容忽視的安全隱患。加上現(xiàn)代大型船舶船體的主要材料大多以鋼材為主，加上鋼材具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性，而船舶艙室多為密閉結(jié)構(gòu)，一旦火災(zāi)生成，火勢(shì)蔓延，密閉而狹窄的艙室內(nèi)部空氣和艙室壁面溫度都將快速升高，當(dāng)熱量通過(guò)壁面向其它艙室擴(kuò)散達(dá)到一定程度時(shí)，將會(huì)造成轟然，進(jìn)而擴(kuò)大火災(zāi)規(guī)模；這使得船舶火災(zāi)有別于普通建筑等開(kāi)放空間火災(zāi)。因此，研究火場(chǎng)中密閉艙室溫度分布情況，為撲救船舶火災(zāi)及火場(chǎng)中人員逃生做出貢獻(xiàn)，并為受火艙室的改造再利用提供參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文采用FDS對(duì)一簡(jiǎn)化密閉艙室模型進(jìn)行火災(zāi)模擬，其尺寸為1m*1m*1m，鋼板厚0.02m，在x=0.02m、x=0.98m的艙室內(nèi)壁面設(shè)置溫度監(jiān)測(cè)平面，以測(cè)得壁面層煙氣溫度，火源功率如圖1所示，此模型所用的鋼材種類為Q235-A，熱膨脹系數(shù)取1.210-5/℃，密度為7860kg/m3，常溫下（20℃）楊氏模量取2.12105MPa，導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和應(yīng)力應(yīng)變模型等材料參數(shù)根據(jù)歐洲規(guī)范Eurocode3[1]取值，模擬時(shí)間600s。

由圖1可知，點(diǎn)燃后，火源釋放速率迅速上升，并在60左右便，開(kāi)始急劇下降，繼續(xù)緩慢燃燒，在600s時(shí)火源釋放速率已經(jīng)接近0，此時(shí)燃燒停止。

2 計(jì)算結(jié)果

本文通過(guò)提取艙室內(nèi)壁面層煙氣溫度文件，采用surfer軟件繪制內(nèi)壁面溫度等值線圖，如圖2-3所示。

3 結(jié)果分析

由如1可知，由于密閉艙室內(nèi)，氧氣量有限，燃燒進(jìn)行到60s時(shí)便開(kāi)始熄滅，600s時(shí)已經(jīng)接近0。由圖2.1-2.2可知：1）內(nèi)壁面層煙氣溫度由下到上逐漸升高；2）內(nèi)壁面層煙氣溫度由下到上呈梯度增加；3）內(nèi)壁面層四周煙氣溫度偏低；4）艙室上方煙氣溫度最高，達(dá)90℃。因此，火場(chǎng)下密閉艙室的高溫區(qū)域?yàn)榕撌疑戏?，人員逃生及消防撲救時(shí)應(yīng)采取正確的應(yīng)對(duì)措施，以確保船上人員的生命及財(cái)產(chǎn)安全。

4 總結(jié)

本文采用FDS對(duì)一簡(jiǎn)化密閉艙室模型進(jìn)行火災(zāi)模擬，研究了火場(chǎng)下密閉艙室壁面煙氣溫度分布特性，發(fā)現(xiàn)高溫區(qū)域集中在艙室上方，為撲救船舶艙室火災(zāi)及人員逃生提供相應(yīng)的指導(dǎo)，并為受火船舶艙室的改造再利用提供參考。但是目前仍然有一些問(wèn)題亟待研究：

（1）實(shí)際的船舶結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的， 而且艙室內(nèi)部存在很多可燃物，火災(zāi)荷載大， 散熱困難，火災(zāi)蔓延迅速， 基于經(jīng)驗(yàn)公式的升溫曲線并不完全適用。

（2）現(xiàn)代船舶功能和結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜， 對(duì)火場(chǎng)下復(fù)雜船舶結(jié)構(gòu)的整體分析有待進(jìn)一步研究。

針對(duì)船舶火災(zāi)的研究現(xiàn)狀，應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展大空間火災(zāi)場(chǎng)模擬模型和火災(zāi)場(chǎng)模擬軟件，使火災(zāi)的模擬更加接近真實(shí)情況。 并使軟件模擬與實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合，以確保軟件模擬的精確程度。

參考文獻(xiàn)：

[1]European Committee for Standardization.ENV1993-1-2，Eurocode3，Design of Steel Structures.Fire Safety Journal.1998，13（01）：45-54.

作者簡(jiǎn)介：何佩珊（1992-），女，廣西北海人，碩士研究生，研究方向：水利工程結(jié)構(gòu)安全性及耐久性評(píng)價(jià)理論和方法。