全淹没细水雾作用于机舱火灾的数值模拟研究

摘要

近年来海上石油资源越来越受到世界各国的重视，促进了服务于多个海上石油钻井平台的海上生活平台的发展。机舱是海上生活平台的动力装置，机舱内设备与各种系统的管路较多，一旦发生火灾，扑救起来较为困难，因而被认为是世界上最难扑灭的火灾之一。细水雾具有来源广泛、灭火效率高等优点，在灭火上具有广阔的应用前景。
　　本文以深水半潜式支持海上生活平台机舱为研究对象，首先依据国际海事组织(IMO)的相关设计规范，对机舱进行了全淹没细水雾灭火系统的设计，和细水雾喷头与感温探测器的布置。然后应用火灾动力学模拟软件(FDS)建立了机舱的物理模型，对机舱内的全淹没细水雾与火的相互作用过程进行了数值模拟计算。
　　通过机舱室内有、无细水雾作用的对比，讨论了细水雾灭火系统对燃料的热释放速率、机舱室内的温度、火源附近O2和CO2的浓度、机舱内烟气层高度等物理参数的影响，分析了细水雾熄灭柴油池火和柴油喷射火的灭火机理。通过对细水雾喷头的特性进行研究，确定了雾滴直径300u m、雾化锥角60°为最佳灭火的细水雾粒子。
　　在细水雾熄灭柴油池火的研究中，发现细水雾灭火系统对不同面积大小和不同位置的油池均具有较好的灭火效果，并且火势越大，细水雾系统的探测和启动时间越早;不同的预燃时间对细水雾系统灭火的影响，灭火时间随着预燃时间的增大，先增大后减小，存在一个临界值;障碍物遮挡油池的面积越大，细水雾灭火时间越长、灭火效果就越差。
　　在细水雾熄灭柴油喷射火的研究中，讨论了不同火源功率、不同喷射口高度、不同通风工况下，细水雾系统的灭火状况。发现火源功率越大，细水雾系统启动时间越早;火源功率越小，细水雾灭火时间越长;喷射口距离机舱底面高度越高，火灾探测时间越短，灭火时间也越短;在通风的条件下，机舱室内空气的流动加速了细水雾和火焰之间的扰动，令细水雾系统的灭火时间缩短。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景与意义

1．2细水雾国内外研究现状

1．2．1细水雾实验研究

1．2．2细水雾模拟研究

1．2．3机舱细水雾研究

1．3本文工作内容

第2章全淹没高压细水雾灭火系统的工程设计

2．1系统设计

2．1．1设计工程概况

2．1．2设计依据

2．1．3系统方案确定

2．2水力计算

2．2．1计算公式

2．2．2计算举例

2．3火灾探测器的布置

2．4本章小结

第3章数值模拟的理论基础和模型验证

3．1数学模型

3．1．1守恒方程组

3．1．2燃烧模型

3．1．3辐射模型

3．1．4液滴模型

3．1．5细水雾喷头动作模型

3．2模型验证

3．3机舱模型建立和网格无关性检查

3．3．1几何模型

3．3．2燃料参数的确定

3．3．3网格无关性检查

3．4本章小结

第4章全淹没细水雾对柴油池火作用的模拟

4．1细水雾对柴油池火的影响

4．1．1细水雾对热释放速率的影响

4．1．2细水雾对温度的影响

4．1．3细水雾对烟气层高度的影响

4．1．4细水雾对O2、CO2浓度的影响

4．1．5细水雾熄灭柴油池火的灭火机理

4．2喷头特性对细水雾灭火的影响

4．2．1雾滴直径

4．2．2雾化锥角

4．3火源特性对细水雾灭火的影响

4．3．1油池面积

4．3．2火源位置

4．3．3预燃时间

4．4障碍物对细水雾灭火的影响

4．5本章小结

第5章全淹没细水雾对柴油喷射火作用的模拟

5．1细水雾对柴油喷射火的影响

5．1．1细水雾对热释放速率的影响

5．1．2细水雾对温度的影响

5．1．3细水雾对烟气层高度的影响

5．1．4细水雾对O2浓度的影响

5．1．5细水雾熄灭柴油喷射火的灭火机理

5．2火源功率对细水雾灭火的影响

5．3喷射口高度与位置对细水雾灭火的影响

5．3．1喷射口高度

5．3．2喷射口位置

5．4通风对细水雾灭火的影响

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢