半开放空间中可燃气体火焰加速机制研究.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要

船舶火灾对于船舶的正常工作与船舶上人员的安全有着重大威胁。在双碳

战略的指引下，作为甲烷运输的重要工具液化天然气运输船即LNG船的需求

量将飞速增长。LNG船运输的过程中会发生甲烷逃逸的情况，甲烷作为可燃

气体一旦泄露容易在船舶的狭长空间中引发火灾。空间中障碍物，点火环境参

数以及空间几何参数对火焰发展有所影响。为此本文对实际空间进行简化，通

过数值模拟在进行验证的基础上研究了半开放空间中相关因素对于可燃气体

火焰的加速作用，为船舶降低火灾损耗方案提供理论指导。

首先，研究了半开放空间中不同障碍物的几何模型对可燃气体火焰发展的

影响。从火焰发展的结构压力速度三方面分析了障碍物影响可燃气体火焰发展

机理，揭示了障碍物对于火焰的作用分为直接拉伸作用与障碍物后涡旋扩展火

焰面间接作用。在对于障碍物角度，障碍物分布，障碍物宽度，障碍物厚度以

及障碍物数量的研究中发现增加障碍物数量的情况下，火焰压力与速度提升最

为明显。相关研究为船舶狭长通道空间中存在障碍物的情况下防火结构优化提

出建议。

其次，基于多障碍物情况建立了不同点火环境参数对可燃气体火焰影响的

研究模型，揭示了各项点火因素影响可燃气体火焰发展的态势与原因。在点火

点半径，点火点位置，点火点数量以及点火初始温度的研究中，点火位置不同

会使障碍物对于火焰发展的扰动不同。点火初始温度对于火焰压力与速度发展

的激励较为有效。研究对复杂点火条件下船舶狭长空间防火安全给出了理论基

础。

最后，针对不同半开放空间几何模型，研究了通道形状与通道长径比对可

燃气体火焰加速发展的影响并探究了相关机理。在不同通道形状的影响下，L

型管道对于火焰压力与速度的提升最有效果，模型出口较多的情况下压力速度

较小。而在长径比的影响中，随着长径比的增加，管道中火焰发展的压力与速

度也随之变大。研究为改变几何模型完成船舶火灾减损的方案提供理论依据。

关键词:障碍物；点火点；长径比；火焰加速；船舶火灾

-I-

哈尔滨工业大学硕士学位论文

Abstract

Shipfireisamajorthreattothenormalworkoftheshipandthesafetyofthe

peopleonboard.Undertheguidanceofthecarbonemissionspeakandcarbon

neutralitystrategy,thedemandforLNGcarriers,whichareimportanttoolsfor

methanetransportation,willgrowrapidly.Methaneescapeoccursduringthe

transportationofLNGships.Asacombustiblegas,oncemethaneisleaked,itis

easytocausefireinthenarrowspaceoftheship.Obstaclesinspace,ignition

environmentparametersandspatialgeometricparametershaveanimpactonflame

development.Inthispaper,theactualspaceissimplified,andtheacceleration

effectofrelevantfactorsontheflameofcombustiblegasinsemi-openspaceis

studiedonthebasisofverificationbynumericalsimulation,whichprovides

theoreticalguidancefortheschemeofreducingfirelossofships.

Firstly,theinflu