论文题目: 船舶机舱火灾热流场特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 动力机械及工程
作者: 邹高万
导师: 周允基
关键词: 船舶机舱,火灾,计算流体力学,大涡模拟
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 船舶火灾在世界上被公认为最难扑救的火灾之一,它是船舶海难中较常见且危险性较大的一种事故。船舶火灾不仅威胁船舶本身、船上人员、货物等的安全,严重的还会导致人身伤亡和巨大的财产损失,甚至造成无法估量的环境破坏。 机舱是船舶的动力源,是船舶的心脏,船舶的推进以及船上其它所有设备和系统所需要的各种能源均来自机舱。机舱内有各种运转着的机器和电器设备,又有大量油料及其它可燃物,如若不慎,很容易导致火灾。机舱内一旦着火,由于设备管线众多、通道狭窄,探火和扑救都非常困难,极易失去控制而造成重大损失。进行船舶机舱火灾的研究,对预防和扑救机舱火灾具有十分重要的意义。 本论文以NIST开发的FDS程序为平台,采用LES方法对船舶机舱火灾热流场特性和规律进行了研究。主要完成以下几项工作: 首先,建立适用于火灾计算的数学物理模型。火灾场内的流动属于多组分、低马赫数浮力流,依据这一特点对描述质量、动量和能量输运的通用方程组进行合理地简化和变形。对火的描述采用混合分数燃烧模型,模型中忽略燃烧过程中的反应机理,应用了层流扩散火焰理论和单步不可逆快速反应假定。辐射模型中把火焰和烟气视作灰体,离散后辐射输运方程采用FVM方法进行求解。模型方程组的离散采用限差分法和交错网格系统,时间项的离散采用显式格式,空间项的离散采用二阶精度的有限差分格式。 其次,搭建了火灾实验平台,进行了室火轰燃的实验研究。采用耗氧原理测量火灾场的释热速率来研究室内火灾轰燃现象,得到了不同通风因子下轰燃的临界释热速率。实验结果与经验公式计算出的结果进行了比较,说明采用耗氧原理获得火灾场释热速率的方法对轰燃进行研究是可行的,且试验中能直接得到轰燃的临界释热速率。 第三,为验证程序的可靠性与通用性,对室火轰燃和其它两个有代表性和针对性的实验进行了模拟计算。室火轰燃的模拟计算中,研究了C_S的取值对计算结果的影响,当滤波宽度△=0.1m时,取C_S≈0.20较为合适:两相邻房间(舱室)内火灾情况下的模拟计算中,依据模拟结果对起火房间竖直壁面
论文目录:
主要符号表
第1章 绪论
1．1 研究的目的及意义
1．1．1 船舶机舱失火的原因及特点
1．1．2 我国船舶机舱火灾研究现状
1．1．3 研究的目的及意义
1．1．4 船舶及机舱火灾的研究内容
1．2 船舶及机舱火灾国内外研究现状
1．2．1 国内方面
1．2．2 国外方面
1．3 研究方法的选择
1．4 大涡模拟的研究现状
1．5 本文的主要研究内容
第2章 低马赫数、热驱动浮力流控制方程
2．1 模型方程提出的思想
2．1．1 无粘单组分完全气体的控制方程组
2．1．2 控制方程的无量纲化
2．1．3 无粘单组分完全气体的模型方程
2．2 多组分粘性浮力流控制方程组
2．2．1 多组分粘性流模型方程组
2．2．1．1 多组分可压缩粘性流通用方程组
2．2．1．2 多组分粘性流模型方程组
2．2．2 模型方程的变形与简化
2．2．2．1 速度散度(?)·V
2．2．2．2 动量方程的变形与简化
2．3 燃烧模型
2．3．1 简单化学反应系统
2．3．2 混合分数燃烧模型
2．3．3 粗网格情况下燃烧模型的修正
2．4 辐射模型
2．5 本章小结
第3章 湍流流动的大涡模拟
3．1 大涡模拟的基本思想
3．2 不可压缩流的大涡模拟研究
3．2．1 滤波技术
3．2．2 滤波后的N-S方程组
3．2．3 亚格子模型
3．3 可压缩流的大涡模拟研究
3．3．1 滤波技术
3．3．2 亚格子模型
3．4 大涡模拟的应用简介
3．5 模型方程的滤波与亚格子模型
3．6 本章小结
第4章 控制方程的数值方法
4．1 多组分反应流简化的控制方程组
4．2 控制方程组的离散
4．2．1 预测校正方案
4．2．2 质量守恒方程的离散
4．2．3 速度散度项的离散
4．2．4 动量方程的离散
4．2．5 总压方程的离散
4．3 算法步骤
4．4 系数的处理
4．5 源项的处理
4．5．1 热释放率
4．5．2 辐射项
4．6 本章小结
第5章 大尺度火灾实验
5．1 基于耗氧原理测量燃烧热释放率
5．1．1 简化假设
5．1．2 排烟管中烟气流量的测量
5．1．3 燃烧热释放率
5．2 实验装置
5．3 室火轰燃的实验研究
5．3．1 实验提出的思想
5．3．2 实验条件
5．3．3 实验结果与分析
5．4 本章小结
第6章 数值模拟与模型实验的结果比较
6．1 室火轰燃的大涡模拟
6．1．1 模型提出的基本思想
6．1．2 实验条件描述
6．1．3 计算结果分析
6．1．4 数值模拟结果与实验结果的比较
6．2 双室竖壁开口烟气运动的模拟
6．2．1 模型提出的基本思想
6．2．2 实验条件描述
6．2．3 计算结果分析
6．2．3．1 典型算例结果分析
6．2．3．2 开口处流率方程
6．2．4 数值模拟结果与实验结果的比较
6．3 封闭空间内火灾情况的模拟
6．3．1 模型提出的基本思想
6．3．2 实验条件描述
6．3．3 计算结果分析
6．3．4 数值模拟结果与实验结果的比较
6．4 本章小结
第7章 模型船舶机舱火灾的模拟
7．1 模型船体及其机舱的几何条件
7．2 固定火源位置及强度改变通风情况的模拟结果
7．2．1 数值模拟的条件与测点布置情况
7．2．2 数值模拟结果
7．3 通风情况和火源强度不变、火源不同摆放位置的模拟结果
7．3．1 数值模拟的条件与测点布置情况
7．3．2 风机和舱门均开启情况时的数值模拟结果
7．4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
个人简历
发布时间: 2005-10-21
参考文献
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- [3].基于小生境粒子群算法的机舱WSN目标覆盖研究[D]. 马瑞.大连海事大学2014
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