舰载弹药舱快速火灾特性仿真研究.pdf

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1、第46卷船海工程Vo1．462017年11月SHIP&OCEANENGINEERINGNOV．2O17DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2017．S2．075舰载弹药舱快速火灾特性仿真研究景琰，李玉峰(中国船舶重工集团公司第七一三研究所，郑州450015)摘要：针对被研究的弹药舱，以火灾学、热力学等相关理论为基础，通过计算机建模、仿真的形式再现火灾场景，从而得到火灾发生后弹药舱内温度、炯雾等参数数据。通过对仿真结果的处理，获得被研究弹药舱内各探测器测点处相应参数的实时数据、参数的变化情况，分析典型火源情况下各参数变化的反应延迟时

2、间、参数变化规律等，最终获得被研究舱室典型火灾特性规律。关键词：弹药舱；模型；数据处理；火灾特性中图分类号：U698．4文献标志码：A文章编号：1671—7953(2017)$2-0300-06舰船火灾发生原因复杂，危害性大，然而我国现在对于舰船火灾研究还不是很全面，这就要求推进舰船火灾的研究，深入了解这类火灾的发生和发展规律，实现从被动应对到主动消防的转变，从而把这类火灾的防治建立在对火灾过程的科学认识的基础上，为防火安全设计、火灾的早期预警图1舱室结构示意图与消防应对、船员的逃生等提供准确有效的指导。t2通过对仿真结果参数数据的处理，获得被研究舱室

3、内各探测器测点处相应参数的实时数据、f昌参数的变化情况等，分析典型弹药舱布局下，火源位置及大小设定的情况下，温度及烟雾参数变化。温度测点变化规律最终获得被研究弹药舱典型火灾特性规△娴雾测点◇压力测点律。图2测点布置示恿图1研究对象1．2弹药舱火源状态1．1弹药舱结构与测点布置根据弹药舱的空间结构，将火源位置定为靠所研究的弹药舱内部尺寸：长15m，宽111／_，近弹药架的2个典型位置，分别为舱内里面角落高4．6111。内有一个门开口见图1，可根据需要打附近地面和舱内中段靠近弹药舱里面墙壁附近地开或关闭。环境温度为25℃。弹药舱内地面上面，设定的两个火源位

4、置一个靠近舱室送风口，另布置有．7v组弹药架。一个为舱室出风口，2者产生的燃烧物运动到舱弹药舱顶部吸顶式安装有温度测点(一室上部后，可能会使周围多个传感器产生参数变)、烟雾测点(S一S)和压力监测点(P一P)，化，因此具有一定的代表性。各传感器对相应参数进行采集，采样周期0．2S，模拟火源拟定为典型尺寸0．45m×0．45In，对应的燃烧面积约为0．5m；为了便于计算机模采样频率5Hz。各监测点的布置示意图见图2。拟过程的实现和后期数据的处理，在尽可能真实收稿日期：2017—09—02地反应燃烧过程基础上，将火源抽象并简化，采用修回日期：2017—09

5、—20目前世界上最普遍使用的火灾模型。对0．513"1_第一作者：景琰(1981一)，女，硕士，工程师燃烧面积火焰场景，考察慢快火即火灾发展系数研究方向：舰船弹库安全领域n为0．1876kW／s的情况下舱室内热流场情况，30020l117月钲景琰，等：舰载弹药舱快速火灾特性仿真研究船海工程第46卷热释放率增长曲线见图3、图4。为气体温度，K；R为通用气体常数，R=8．314l一牝0图3∞如叶如叶加mJ／(tool·K)；为气体分子量，kg／mol；为组分≥i的分子量，kg／mol。．斟根据火灾流场特性和为了加快计算求解速度的需要，对基本方程组进行一些必

6、要的变形与简i化。通过对控制方程组中速度散度项·'，及动量方程的变形与简化，最终可得所需要求解的方程组，其中包括：连续性方程、组分方程、动量方程一、速度散度约束方程、状态方程和压力方程，具体过程在文献[3，4]中已有详细推导与论述。≥2．2数值计算斟辎采用计算机对方程组计算求解时，采用三维；直角坐标系，轴的正方向为东，y轴的正方向为O50l001502O0北，z轴的正方向为上。为了使计算结果准确，划t／s分的网格呈立方体结构。采用交错网格技术图4中部火源热释放率进行计算，将标量(如：P、T、H、y=，)存储于网格节点上，矢量(如：、F、)的分量存储于主

7、控制容2数学模型及数值计算方法积相应的界面上。2．1数学模型1)质量守恒方程的离散。受限空间内的火灾热流场主要为热浮力驱动亟+(·JD)=一p(·)的低马赫数流动过程，对于此类受重力作用的多组分理想气体的通用控制方程组可表示为式中：(V·"Tp)具有对流输运的性质，在主控制塑+·(p)=0(1)容积的界面上进行计算。Ot、2)速度散度方程的离散。旦+．(puu)+P：pg+·(·)i1【g+‘()+(2)。(∑，lJDDl)一‘g一him1一杀(+．(p=一+(3)。·(pD。vY1)])+{。pD1V(矗)+云(JD)+。(pzf)=‘(p)+mm1

8、(篆一m”1+(一1]dPo)(4)其中，热扩散和组分扩散项的空间导数离散P=㈢(5)均采用中