【摘要】：船舶在當(dāng)代民事和軍事應(yīng)用中扮演著越來越重要的角色,且頂部開口腔室廣泛存在于艦船艙室中。由于水平開口的特殊性,水平開口流動與傳統(tǒng)的垂直開口流動有著本質(zhì)不同,垂直開口流動會在開口處形成穩(wěn)定的分層流動,而水平開口流動則會在開口處產(chǎn)生復(fù)雜不規(guī)則的振蕩流動。因此,了解火誘導(dǎo)下的水平開口流動行為和機(jī)制是船舶火災(zāi)安全的重要組成部分,并能為船舶火災(zāi)預(yù)防以及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)及理論的基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步研究火誘導(dǎo)下的開口流動與腔室火行為的耦合特性,本文對火誘導(dǎo)的開口流動行為、水平開口受限腔室內(nèi)的火行為以及火行為與流動行為的相互作用開展了實(shí)驗(yàn)與理論研究,其中考慮了不同開口尺度與不同火源尺度,并給出了火誘導(dǎo)下水平開口流動模型。本文的主要工作與結(jié)論如下： 分析了火誘導(dǎo)下的水平開口流動行為,主要針對于流動形態(tài)和振蕩行為。開口流動形態(tài)是揭示開口流動規(guī)律的一個重要因素。本文利用攝像機(jī)和激光技術(shù)在實(shí)驗(yàn)過程中觀察到了三種開口流動形態(tài),分別是單向流、雙向流和混合流。本文引入分別基于鹽水實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算的Cooper和Chow的理論來預(yù)測真實(shí)火災(zāi)情況下的開口流動形態(tài)。結(jié)果表明這些理論經(jīng)過相應(yīng)的修正后是可以用于預(yù)測火災(zāi)情況下的開口流動形態(tài)。提出了利用開口面積比(開口面積和燃料面積之比)與浮力數(shù)的關(guān)系來劃分這三種開口流動形態(tài),同樣地,流動形態(tài)的劃分還可利用開口面積比與煙氣流動面積比的關(guān)系。通過煙氣可視化方法可以觀測到開口流動振蕩行為,可利用開口煙氣面積和開口煙氣溫度來表征開口流動振蕩。開口煙氣面積的振蕩頻率會隨著水平開口尺寸的增大而減小,而煙氣溫度振蕩頻率則隨著熱釋放速率的增加呈現(xiàn)增長趨勢。本文還對開口處煙氣溫度振蕩頻率的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了驗(yàn)證。 研究了水平開口受限腔室內(nèi)的火行為。通過不同油池直徑、不同頂部開口尺寸、從燃料控制向通風(fēng)控制轉(zhuǎn)變范圍等大量可變條件來研究水平開口對油池火脈動行為的影響。隨著水平開口尺寸的增加,平均火焰高度呈二項(xiàng)分布,且平均火焰高度與直徑的比值可與水平通風(fēng)因子進(jìn)行關(guān)聯(lián)�；鹧婷}動頻率符合與油池直徑之間的一貫關(guān)系,同時也揭示了火焰脈動頻率與頂部開口尺寸之間的關(guān)系�？紤]了腔室對燃料揮發(fā)速率的影響,提出了一種斯特勞哈爾數(shù)(St)和弗勞德數(shù)(Fr)的關(guān)系來表征火焰脈動。研究了水平開口對腔室火災(zāi)參數(shù)的影響,如平均質(zhì)量損失速率、熄火時刻的氧氣濃度、平均氣體溫升速率以及全密閉和受限空間內(nèi)的腔室壓力。基于能量守恒和氧濃度守恒結(jié)合理論化簡,提出了耦合水平開口和燃料面積的無量綱水平通風(fēng)因子,并利用水平通風(fēng)因子來分析腔室內(nèi)的火災(zāi)參數(shù)。綜合頻率的研究是為了揭示火行為與開口流動行為的相互作用,隨著水平開口的變化,火焰脈動頻率和開口流動振蕩頻率的乘積保持不變,且該乘積取決于油池火自身參數(shù)。 基于多層劃分的思想,提出了水平開口處的火誘導(dǎo)開口流動模型�？紤]到開口結(jié)構(gòu)參數(shù)和流動形態(tài),對火誘導(dǎo)的流動過程和流動機(jī)制進(jìn)行了討論。描述了單向流動和雙向流動所呈現(xiàn)出的不同流動輸運(yùn)過程,以及對流出煙氣和流入空氣進(jìn)行力學(xué)分析后所呈現(xiàn)出的不同流動機(jī)制�；诙鄬訁^(qū)域劃分,分別對單向流動和雙向流動建立了火誘導(dǎo)的開口流動模型。利用激光技術(shù)和皮托管提出了一種測量水平開口處質(zhì)量流速的實(shí)驗(yàn)方法,可分別得到單向流和雙向流的質(zhì)量流出速率和質(zhì)量流入速率。通過比較理論值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果后,對本文所提出的開口流動模型的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U698.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2383918