专利名称：一种舱室火灾发展区域评估方法
技术领域：
本发明涉及的是一种火灾评估方法。
背景技术：
描述火灾过程的数学方程构成了火灾过程的计算机模拟的基础。主要对火灾的发生和发展以及火灾对人员安全和财产损失的影响进行研究。主要有场模拟、区域模拟、网络模拟三种方法。场模拟能计算各种类型的火灾，但是对相对复杂的火灾场景，需要大量的计算，因此受到计算机存储容量和计算时间的限制。网络模型则是一种简化的物理模型，当建筑各区域远离火区时，可以用网络模型模拟各区域之间的烟气流动。舰船的舱室空间相对狭小，设备众多，因此，上述两种方法都不太适用于舰船舱室火灾蔓延情况的模拟，相比之下，区域模拟的计算量低，因此能够满足系统对计算速度的需求，同时该模拟方法能够体现舰船火灾的主要特征。区域模拟是基于实验现象所发展的，通过观察可以发现在封闭的 空间内发生火灾时，由于可燃物的燃烧会产生大量的烟气，空气的浮力将热烟气向上推动，同时顶棚和四壁将烟气限制在封闭空间内，以致在房间上部形成了一个有热烟气构成的气层，下层责备空气填满，房间内的气体被明显的分为上下两层。区域模拟的基本思想是模拟房间由上层热烟气层和下层冷空气层量个区域构成，区域之间以水平界面分开；假设各层的气体温度、密度和其他物性是均匀的，有火焰所产生的热羽流进入上层热烟气层后立即与该层内地的热烟气均匀混合；下层冷空气层的状态则与四周的环境相同；通风口实现了各层之间能量和质量的交换。
发明内容
本发明的目的在于提供获得舱室火灾发展趋势的一种舱室火灾发展区域评估方法。本发明的目的是这样实现的本发明一种舱室火灾发展区域评估方法，其特征是将密闭的单舱室划分为两层上层为热烟气层，下层为冷空气层；假设各层之间的能量和质量只通过羽流进行传递，且密闭舱室不存在同外界的热量交换，烟气和空气是分子量相同的理想气体，根据质量守恒m^mp+nig = 0，式中Iii1是下层的质量变化率，mp为羽流带走的质量，me为泄漏的质量，me = O,Iii1 = P1AdlVdt,式中P I为下层气体密度，A为舱室面积，h为烟气层的高度；选用经典的Zukoski模型，将羽流的流量以如下的形式表达，
I·IA 1Γ (Ili/3 5/3mP = O-2L~τττ,~J Az ’
L P1I式中L是损失的热辐射系数，Cp是空气的定压比热；T是下层气体的温度，P1是下层气体的密度，Q是火源热释放速率中通过对流换热传入羽流中的份额，且Q = nQconv, η是份额系数，取Π=0.7;则单室火灾烟气层的高度随时间的变化关系为d.z 1 山' 二I' ；
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P I下层为冷空气，与舱壁之间不存在对流传热，则火源产生的热量一部分被羽流带入上次热空气层，一部分被舱壁吸收，根据热力学第一定律，即能量守恒，有Q = CpmudTu/ dt+Cpmp (Tu-T1) +Qw其中mu = p uA(h-Z)，Tu是上层气体温度，T1是下层气体温度，P u是上层气体密度，Qw为热烟气层与顶棚和上层舱壁的对流换热，运用牛顿冷却公式求解对流换热的值，即Qw = h (Tu-Tw) Aw其中Tw代表舱壁和顶棚的温度则Tw = T1, Tu代表热烟气层温度，Aw为舱壁和顶棚的面积，h为对流换热系数，h的值由下式确定h = O. 174C。(Tu+Tw) (g | Tu-Tw | Pr)1/3其中C。是依赖于对流方向的系数，对于热烟气像墙壁传热，C。= O. 210，Pr是普朗克常数，则上层烟气层温度随时间的变化关系为dTu/dt = (Q+CpIVnip-CpTump-hlV+hTuVCpmu。本发明的优势在于本发明的计算量低，能够满足系统对计算速度的需求，同时该评估方法能够预测舰船火灾的主要特征。
图I为本发明的发展区域模拟图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1，本发明的目的在于提供一种舱室火灾发展区域评估方法，旨在建立舱室火灾发展趋势的区域模拟的基础。在封闭的空间内发生火灾时，由于可燃物的燃烧会产生大量的烟气，空气的浮力将热烟气向上推动，同时顶棚和四壁将烟气限制在封闭空间内，以致在房间上部形成了一个有热烟气构成的气层，下层责备空气填满，房间内的气体被明显的分为上下两层。另外，通过对封闭空间内不同位置的气体温度进行测量也可以发现上下两层气体的内部温度没有巨大的变化，明显的温度梯度存在于两层交界处，气体有和温度均出现了分层现象。此评估方法能够满足系统对计算速度的需求，同时能够体现舱室火灾的主要特征。根据双层区域模型，将密闭的单舱室划分为两层，上层为热烟气层，下层为冷空气层，各层的物理参数均匀。假设各层之间的能量和质量只通过羽流进行传递，并且假设密闭舱室不存在同外界的热量交换，烟气和空气是分子量相同的理想气体。以质量、能量守恒为基础，考虑火源产生的热同舱室顶棚和上层舱壁的热对流交换时所损失的部分，对该模拟过程完善。根据质量守恒m^mp+nig = 0(I)
式中1 是下层的质量变化率；mp为羽流带走的质量；me为泄漏的质量，根据假设，me = O。其中Iii1 = P xAdh/dt(2)式中P I为下层气体密度；A为舱室面积；h为烟气层的高度。羽流夹带的质量mp主要有经验公式给出，选用经典的Zukoski模型，将羽流的流量以如下的形式表达，
权利要求
1.一种舱室火灾发展区域评估方法，其特征是将密闭的单舱室划分为两层上层为热烟气层，下层为冷空气层；假设各层之间的能量和质量只通过羽流进行传递，且密闭舱室不存在同外界的热量交换，烟气和空气是分子量相同的理想气体，根据质量守恒m^mp+nig = O, 式中Hi1是下层的质量变化率，mp为羽流带走的质量，me为泄漏的质量，me = O, Iii1 = P xAdh/dt, 式中P !为下层气体密度，A为舱室面积，h为烟气层的高度； 选用经典的Zukoski模型，将羽流的流量以如下的形式表达， 式中L是损失的热辐射系数，Cp是空气的定压比热；T是下层气体的温度，P !是下层气·体的密度，Q是火源热释放速率中通过对流换热传入羽流中的份额，且Q = nQconv, n是份额系数，取n=o. 7 ； 则单室火灾烟气层的高度随时间的变化关系为Jz / J/二 —0.21 丄卢二 A CJ,P I 下层为冷空气，与舱壁之间不存在对流传热，则火源产生的热量一部分被羽流带入上次热空气层，一部分被舱壁吸收，根据热力学第一定律，即能量守恒，有Q = CpmudTu/dt+Cpmp (Tu-T1)+Qw 其中mu = P uA(h-Z)，Tu是上层气体温度，T1是下层气体温度，P u是上层气体密度，Qw为热烟气层与顶棚和上层舱壁的对流换热，运用牛顿冷却公式求解对流换热的值，即Qw = h (Tu-Tw) Aw 其中Tw代表舱壁和顶棚的温度则Tw = T1, Tu代表热烟气层温度，Aw为舱壁和顶棚的面积，h为对流换热系数，h的值由下式确定h = O. 174C0(TU+TW) (g I Tu-Tw I Pr)1/3 其中C。是依赖于对流方向的系数，对于热烟气像墙壁传热，C。= O. 210, Pr是普朗克常数，则上层烟气层温度随时间的变化关系为dTu/dt = (Q+CpIVmp-CpTump-hlV+hTuVCpmu。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种舱室火灾发展区域评估方法，将密闭的单舱室划分为两层上层为热烟气层，下层为冷空气层；假设各层之间的能量和质量只通过羽流进行传递，且密闭舱室不存在同外界的热量交换，烟气和空气是分子量相同的理想气体，从而得到单室火灾烟气层的高度随时间的变化关系和上层烟气层温度随时间的变化关系。本发明的计算量低，能够满足系统对计算速度的需求，同时该评估方法能够预测舰船火灾的主要特征。
文档编号G06F19/00GK102930136SQ20121037560
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月8日 优先权日2012年10月8日
发明者夏桂华, 蔡成涛, 苏丽, 陆军, 孟浩 申请人:哈尔滨工程大学