移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在艦船火災(zāi)煙氣控制模型艙中的應(yīng)用試驗(yàn)

陶陽(yáng)，武紅梅

(1.武漢科技大學(xué) 城市學(xué)院, 武漢 430083；2.中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

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移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在艦船火災(zāi)煙氣控制模型艙中的應(yīng)用試驗(yàn)

陶陽(yáng)1，武紅梅2

(1.武漢科技大學(xué) 城市學(xué)院, 武漢 430083；2.中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

建立艦船火災(zāi)煙氣控制模型艙，針對(duì)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在正壓送風(fēng)時(shí)距離火源不同位置、風(fēng)機(jī)仰角不同工況下，試驗(yàn)分析火災(zāi)煙氣溫度、能見(jiàn)度及CO濃度在空間和時(shí)間上的變化規(guī)律，結(jié)果表明，正壓送風(fēng)在防止煙氣溢流的同時(shí)，可有效排出艙室內(nèi)煙氣，降低艙內(nèi)溫度，提高火場(chǎng)能見(jiàn)度。移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在距離著火艙室門(mén)口1.5 m處，且風(fēng)機(jī)仰角為20°時(shí)，能最大限度地封堵煙氣的溢流。

移動(dòng)式風(fēng)機(jī);煙氣;艦船火災(zāi)

防排煙工程中，防煙的主要問(wèn)題是如何使著火區(qū)中所產(chǎn)生的煙氣盡可能少，并防止煙氣從有煙區(qū)向無(wú)煙區(qū)蔓延擴(kuò)散；排煙的任務(wù)是將煙區(qū)中的煙氣盡快地排放到大氣中去[1-2]。防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)在建筑消防設(shè)計(jì)中已經(jīng)有非常成熟的研究和應(yīng)用[3-4]。但是針對(duì)艦船火災(zāi)下的煙氣流動(dòng)特性，圍繞送風(fēng)壓力、排煙量、風(fēng)口設(shè)置、防排煙區(qū)域、開(kāi)口與泄漏特征等進(jìn)行的研究并不多[5]。

艦船的特殊性決定了其火災(zāi)與一般陸上火災(zāi)不同，其火災(zāi)載荷更大、起火源眾多、火災(zāi)形式多樣，艦船內(nèi)部環(huán)境惡劣、本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員密度較高，艦船火災(zāi)的煙氣控制除借鑒陸建筑防、排煙手段外，還需根據(jù)艦船本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和已有的通風(fēng)排煙條件加強(qiáng)煙氣的疏導(dǎo)和合理控制。

火災(zāi)威脅人身安全主要是煙氣溫度、煙氣層高度、能見(jiàn)度及煙氣中毒性氣體體積分?jǐn)?shù)這4個(gè)要素。參考移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在長(zhǎng)直型通道、隧道火災(zāi)中的研究[6-11]，建立艦船火災(zāi)煙氣控制模型艙，開(kāi)展一系列試驗(yàn)，主要針對(duì)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在距離火源不同位置、風(fēng)機(jī)仰角不同工況下，研究火災(zāi)煙氣危害4要素的變化規(guī)律，從而為移動(dòng)式排煙風(fēng)機(jī)在艦船火災(zāi)煙氣控制中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图肮r

1.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

試驗(yàn)?zāi)Ｐ团摓?個(gè)艙室與一條通道，1號(hào)艙室尺寸為3 m×5 m、2號(hào)艙室尺寸為5 m×5 m、通道尺寸為12 m×1.35 m，高度均為2.5 m。從1號(hào)艙室入口開(kāi)始共4扇門(mén)，尺寸為1.60 m×0.76 m，分別定為1、2、3、4號(hào)門(mén)，每扇門(mén)安裝防煙簾，如圖2所示。在1.6 m高度共開(kāi)有4個(gè)0.3 m×0.3 m觀察窗，每個(gè)艙室各1個(gè)，通道2個(gè)。

1.2 模擬火源

油池。布置在艙室2中心位置。采用池火作為火源，燃燒材料為柴油。油池為方形，邊長(zhǎng)分別為0.6 m和0.4 m，油池深度0.2 m，使用5 mm鋼板焊接而成。試驗(yàn)時(shí)油池首先注水，然后注入柴油，最后倒入少量汽油用于引燃。油池邊長(zhǎng)為0.6 m，每次注入柴油600 mL；邊長(zhǎng)為0.4 m的油池，每次注入柴油300 mL。

1.3 測(cè)量系統(tǒng)

分別在艙室內(nèi)1.6 m和2.5 m 2個(gè)高度平行布置58個(gè)熱電偶。每個(gè)艙門(mén)從上到下間隔0.4 m布置1個(gè)熱電偶，4個(gè)艙門(mén)共布置了20個(gè)熱電偶。布置及編號(hào)見(jiàn)表1所示，其中左邊線及上邊線表示在上層2.5 m高度、右邊線及下邊線表示在1.6 m人眼高度。

表1 試驗(yàn)工況

使用激光片光源觀察煙流形態(tài)，根據(jù)不同試驗(yàn)工況調(diào)整布置位置。

1.4 試驗(yàn)工況

共做了2組試驗(yàn)，各試驗(yàn)工況見(jiàn)表1，研究移動(dòng)式風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)對(duì)煙氣控制的效果。此試驗(yàn)為點(diǎn)火1 min后開(kāi)啟移動(dòng)風(fēng)機(jī)，觀察風(fēng)機(jī)距門(mén)口不同距離及不同仰角下控制煙氣溢流的效果。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

通過(guò)激光片光源，發(fā)現(xiàn)每種工況，都有這幾種典型現(xiàn)象，點(diǎn)火后，煙氣迅速生成，短時(shí)間內(nèi)反光條消失，煙氣從開(kāi)口溢流，之后開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，著火艙室煙氣與風(fēng)機(jī)鼓入的新鮮空氣劇烈摻混，能見(jiàn)度較低，之后火焰熄滅，燃燒結(jié)束，繼續(xù)通風(fēng)，反光條重現(xiàn)。見(jiàn)圖2。

2.2 溫度變化規(guī)律

分析2組試驗(yàn)情況，發(fā)現(xiàn)對(duì)于同一種大小的油池火，不同仰角變化及風(fēng)機(jī)距離門(mén)口的遠(yuǎn)近都直接影響著移動(dòng)式風(fēng)機(jī)的排煙效果。完整分析試驗(yàn)全過(guò)程，發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)機(jī)距離門(mén)口1.5 m時(shí)，排煙效果相對(duì)較好。對(duì)于0.6 m×0.6 m油池火下，風(fēng)機(jī)距離門(mén)口1.5 m，溫度變化規(guī)律見(jiàn)圖3～5。由圖3可見(jiàn)，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)后溫度迅速降低。在1.6 m高度處最高溫度接近110 ℃，在2.5 m高度處最高溫度超過(guò)90 ℃。從圖4知，在1.6 m高度處最高溫度接近100 ℃，在2.5 m高度處最高溫度超過(guò)80 ℃。由圖5可見(jiàn)，在1.6 m高度處最高溫度接近90 ℃，在2.5 m高度處最高溫度超過(guò)70 ℃。

2.3 燃燒時(shí)間

移動(dòng)風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)試驗(yàn)燃燒時(shí)間見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，工況3-2燃燒時(shí)間最短，此時(shí)仰角為20°，風(fēng)機(jī)距離門(mén)口1.5 m；工況5燃燒時(shí)間最長(zhǎng)，此時(shí)風(fēng)機(jī)距離門(mén)口0.5 m，風(fēng)機(jī)仰角為0°。2臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)使用與1臺(tái)風(fēng)機(jī)單獨(dú)使用相比，燃燒時(shí)間變化不大。因此，在使用風(fēng)機(jī)進(jìn)行正壓送風(fēng)排煙時(shí)，應(yīng)將風(fēng)機(jī)置于門(mén)口1.5 m左右，并使其仰角為20°左右。

表2 移動(dòng)風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)試驗(yàn)燃燒時(shí)間

2.4 能見(jiàn)度

移動(dòng)風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)試驗(yàn)?zāi)芤?jiàn)度變化見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，工況3-3、3-4、3-6反光條重現(xiàn)時(shí)間明顯小于其他工況。這說(shuō)明，移動(dòng)風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)時(shí)仰角不宜過(guò)大、距離不宜過(guò)近。

表3 移動(dòng)風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)試驗(yàn)?zāi)芤?jiàn)度變化

2.5 CO體積分?jǐn)?shù)

點(diǎn)火開(kāi)始后，CO體積分?jǐn)?shù)逐漸上升，在火焰未熄滅前開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，CO體積分?jǐn)?shù)迅速降低，CO體積分?jǐn)?shù)峰值小于試驗(yàn)的峰值，說(shuō)明在火災(zāi)進(jìn)行時(shí)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)可有效降低CO體積分?jǐn)?shù)，為人員求生創(chuàng)造條件。

3 結(jié)論

1)風(fēng)機(jī)布置不可距門(mén)太近，距離為1.5 m時(shí)降溫效果最好。

2)風(fēng)機(jī)可適當(dāng)調(diào)整仰角，以不超過(guò)20°為宜。

3)移動(dòng)風(fēng)機(jī)正壓送風(fēng)時(shí)可有效抑制煙氣從出口的溢流現(xiàn)象，但其布放位置應(yīng)距離門(mén)口約1.5 m才能達(dá)到較好效果，同時(shí)應(yīng)將風(fēng)機(jī)仰角設(shè)置到20°左右，能最大限度地封堵煙氣的溢流。正壓送風(fēng)在防止煙氣溢流的同時(shí)，可有效排出艙室內(nèi)煙氣，降低艙內(nèi)溫度，提高火場(chǎng)能見(jiàn)度，但風(fēng)機(jī)送風(fēng)不應(yīng)直接作用于油池，否則會(huì)使火焰產(chǎn)生較大傾角，導(dǎo)致火災(zāi)蔓延。應(yīng)盡量將風(fēng)機(jī)送風(fēng)作用于油池上方的煙氣，可達(dá)到較好的排煙降溫效果。

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Application Experiments of Portable Smoke Ventilator in Fire Smoke Controlled Cabin Model

TAO Yang1， WU Hong-mei2

(1.City College， Wuhan university of Science and Technology, Wuhan 430083, China；2.China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Experiments were carried out in the fire smoke controlled cabin model. The temperature of fire smoke, visibility and CO concentration varied with time and space in different distances from the fire room and the angles of the portable smoke ventilator was studied under pressure ventilation. It was concluded that the pressure ventilation can prevent the smoke overflow, exhaust the smoke, reduce the temperature and improve the visibility. The best position is 1.5m from the door of the smoke cabin, and the best pitch attitude is 200, which can get the better effect of the smoke exhaust.

portable smoke ventilator; fire smoke; ship fire

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.023

2017-01-08

國(guó)家部委基金資助項(xiàng)目

陶陽(yáng)(1985—)，女，碩士，講師

研究方向：火災(zāi)安全仿真模擬與試驗(yàn)

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0102-04

修回日期：2017-03-07