移动式风机在舰船火灾烟气控制模型舱中的应用试验

陶阳，武红梅

(1.武汉科技大学 城市学院, 武汉 430083；2.中国舰船研究设计中心，武汉 430064)



移动式风机在舰船火灾烟气控制模型舱中的应用试验

陶阳1，武红梅2

(1.武汉科技大学 城市学院, 武汉 430083；2.中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

建立舰船火灾烟气控制模型舱，针对移动式风机在正压送风时距离火源不同位置、风机仰角不同工况下，试验分析火灾烟气温度、能见度及CO浓度在空间和时间上的变化规律，结果表明，正压送风在防止烟气溢流的同时，可有效排出舱室内烟气，降低舱内温度，提高火场能见度。移动式风机在距离着火舱室门口1.5 m处，且风机仰角为20°时，能最大限度地封堵烟气的溢流。

移动式风机;烟气;舰船火灾

防排烟工程中，防烟的主要问题是如何使着火区中所产生的烟气尽可能少，并防止烟气从有烟区向无烟区蔓延扩散；排烟的任务是将烟区中的烟气尽快地排放到大气中去[1-2]。防排烟系统设计在建筑消防设计中已经有非常成熟的研究和应用[3-4]。但是针对舰船火灾下的烟气流动特性，围绕送风压力、排烟量、风口设置、防排烟区域、开口与泄漏特征等进行的研究并不多[5]。

舰船的特殊性决定了其火灾与一般陆上火灾不同，其火灾载荷更大、起火源众多、火灾形式多样，舰船内部环境恶劣、本身结构复杂、人员密度较高，舰船火灾的烟气控制除借鉴陆建筑防、排烟手段外，还需根据舰船本身的结构特点和已有的通风排烟条件加强烟气的疏导和合理控制。

火灾威胁人身安全主要是烟气温度、烟气层高度、能见度及烟气中毒性气体体积分数这4个要素。参考移动式风机在长直型通道、隧道火灾中的研究[6-11]，建立舰船火灾烟气控制模型舱，开展一系列试验，主要针对移动式风机在距离火源不同位置、风机仰角不同工况下，研究火灾烟气危害4要素的变化规律，从而为移动式排烟风机在舰船火灾烟气控制中的应用提供理论指导。

1 试验模型及工况

1.1 试验模型

试验模型舱为2个舱室与一条通道，1号舱室尺寸为3 m×5 m、2号舱室尺寸为5 m×5 m、通道尺寸为12 m×1.35 m，高度均为2.5 m。从1号舱室入口开始共4扇门，尺寸为1.60 m×0.76 m，分别定为1、2、3、4号门，每扇门安装防烟帘，如图2所示。在1.6 m高度共开有4个0.3 m×0.3 m观察窗，每个舱室各1个，通道2个。

1.2 模拟火源

油池。布置在舱室2中心位置。采用池火作为火源，燃烧材料为柴油。油池为方形，边长分别为0.6 m和0.4 m，油池深度0.2 m，使用5 mm钢板焊接而成。试验时油池首先注水，然后注入柴油，最后倒入少量汽油用于引燃。油池边长为0.6 m，每次注入柴油600 mL；边长为0.4 m的油池，每次注入柴油300 mL。

1.3 测量系统

分别在舱室内1.6 m和2.5 m 2个高度平行布置58个热电偶。每个舱门从上到下间隔0.4 m布置1个热电偶，4个舱门共布置了20个热电偶。布置及编号见表1所示，其中左边线及上边线表示在上层2.5 m高度、右边线及下边线表示在1.6 m人眼高度。

表1 试验工况

使用激光片光源观察烟流形态，根据不同试验工况调整布置位置。

1.4 试验工况

共做了2组试验，各试验工况见表1，研究移动式风机正压送风对烟气控制的效果。此试验为点火1 min后开启移动风机，观察风机距门口不同距离及不同仰角下控制烟气溢流的效果。

2 试验结果及分析

2.1 试验现象

通过激光片光源，发现每种工况，都有这几种典型现象，点火后，烟气迅速生成，短时间内反光条消失，烟气从开口溢流，之后开启风机，着火舱室烟气与风机鼓入的新鲜空气剧烈掺混，能见度较低，之后火焰熄灭，燃烧结束，继续通风，反光条重现。见图2。

2.2 温度变化规律

分析2组试验情况，发现对于同一种大小的油池火，不同仰角变化及风机距离门口的远近都直接影响着移动式风机的排烟效果。完整分析试验全过程，发现当风机距离门口1.5 m时，排烟效果相对较好。对于0.6 m×0.6 m油池火下，风机距离门口1.5 m，温度变化规律见图3～5。由图3可见，开启风机后温度迅速降低。在1.6 m高度处最高温度接近110 ℃，在2.5 m高度处最高温度超过90 ℃。从图4知，在1.6 m高度处最高温度接近100 ℃，在2.5 m高度处最高温度超过80 ℃。由图5可见，在1.6 m高度处最高温度接近90 ℃，在2.5 m高度处最高温度超过70 ℃。

2.3 燃烧时间

移动风机正压送风试验燃烧时间见表2。由表2可见，工况3-2燃烧时间最短，此时仰角为20°，风机距离门口1.5 m；工况5燃烧时间最长，此时风机距离门口0.5 m，风机仰角为0°。2台风机同时使用与1台风机单独使用相比，燃烧时间变化不大。因此，在使用风机进行正压送风排烟时，应将风机置于门口1.5 m左右，并使其仰角为20°左右。

表2 移动风机正压送风试验燃烧时间

2.4 能见度

移动风机正压送风试验能见度变化见表3。由表3可见，工况3-3、3-4、3-6反光条重现时间明显小于其他工况。这说明，移动风机正压送风时仰角不宜过大、距离不宜过近。

表3 移动风机正压送风试验能见度变化

2.5 CO体积分数

点火开始后，CO体积分数逐渐上升，在火焰未熄灭前开启风机，CO体积分数迅速降低，CO体积分数峰值小于试验的峰值，说明在火灾进行时开启风机可有效降低CO体积分数，为人员求生创造条件。

3 结论

1)风机布置不可距门太近，距离为1.5 m时降温效果最好。

2)风机可适当调整仰角，以不超过20°为宜。

3)移动风机正压送风时可有效抑制烟气从出口的溢流现象，但其布放位置应距离门口约1.5 m才能达到较好效果，同时应将风机仰角设置到20°左右，能最大限度地封堵烟气的溢流。正压送风在防止烟气溢流的同时，可有效排出舱室内烟气，降低舱内温度，提高火场能见度，但风机送风不应直接作用于油池，否则会使火焰产生较大倾角，导致火灾蔓延。应尽量将风机送风作用于油池上方的烟气，可达到较好的排烟降温效果。

[1] 谢元一.建筑物走廊型通道中火灾烟气流动特性及其防排烟系统特征研究[D].重庆：重庆大学,2005.

[2] 赵国凌.防排烟工程[M].天津：天津科技翻译出版社，1991.

[3] 胡隆华,霍然.超狭长两端封闭空间烟气运动工程分析方法的初步研究[J].火灾科学，2003(1)：36-39.

[4] ZHONG Mahua. Safety evacuation of engineering and construction projects in China [J]. Journal of loss prevention in the process industries, 2003(16):201-207.

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[8] 任彤，庄伟戎.隧道工程通风排烟设计方案探讨[J]. 消防科学与技术,2013,32(8):847-850.

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[11] 袁书生,丁伟锋,赵元立.细水雾抑制舰船会议室火灾的大涡模拟[J].中国舰船研究,2016,11(5):120-127.

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

国家部委基金资助项目

陶阳(1985—)，女，硕士，讲师

研究方向：火灾安全仿真模拟与试验

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0102-04

修回日期：2017-03-07