对船舶狭长空间内火灾热探测器活化时间预测的方法与流程

本发明涉及一种对船舶狭长空间内火灾热探测器活化时间预测的方法。
背景技术：
：火灾是船舶最可怕的事故之一，统计数据显示船舶火灾造成的损失占所有海上事故损失的11％以上。预测火灾热探测器活化时间对于船舶消防安全设计至关重要。在这项研究中，开发了一个数学模型来预测在狭长空间内船舶发生火灾的热探测器活化时间。首先，在狭长空间内火灾烟气传播的时间是烟气从火源扩散到天花板上的目标位置的时间。基于温度的相关性和先前研究中发展的速度，提出了稳态燃烧期间烟气传播时间的理论计算方法。以前的研究表明，火灾早期探测系统对于探测火灾和有效抑制火灾至关重要。目前已经被广泛使用的热探测器活化时间预测模型及其相应的计算程序有detact-qs和detact-t2，它们适用于大型无侧限天花板，但是船舶上有许多狭长的空间，因此上述计算程序不适用。应该提到的是，尽管我们以前的工作开发了关于烟气传播时滞、速度、温度的无量纲方程，考虑到t2火灾(q＝at2，q为火源的热释放率，a为火源的成长速率，t为开始燃烧的时间)在狭长空间中的烟气滞后效应，迄今尚未成功获得预测热探测器活化时间的解决方案。技术实现要素：本发明的目的是提出一种解决热探测器活化时间的替代方法，适用于预测狭长空间的热探测器活化时间，打破detact-t2的使用限制。为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。一种对船舶狭长空间内火灾热探测器活化时间预测的方法，步骤包含：步骤1、给出模型的输入参数；所述的参数包含：hrr、h、r、lb、δt、n、st、tact、rit；其中，hrr是热释放速率；h是天花板高度；lb是横截面半宽；δt是时间步长，t＝iδt，其中时间识别i＝1,2,3,…n；n是时间步数；st是斯坦顿数；tact是热探测器的活化温度；rit是响应时间指数；r是火焰羽流中心线的水平距离；步骤2、不同的时间计算多个参数；计算ti时刻的热释放率q(ti)＝hrr×ti；计算一个封闭形式的无量纲烟气传播时间方程式：其中，ttrans为在狭长空间内火灾烟气从火源到天花板上的目标位置的蔓延时间；g为重力加速度；通过所述方程式(1)来进一步计算得到烟气传播时间ttrans(q(ti))，及火源在ti时刻产生的烟气到达热探测器的时间tarrival(ti)；tarrival(ti)＝ti+trans(q(ti))(2)步骤3、计算烟气传播时滞；所述步骤3进一步包含：步骤3.1、先计算烟气前沿第1次到第n次到达热探测器的时间；步骤3.2、计算得到的n个tarrival(ti)中取最小数值定义为烟气传播时滞tlag；步骤4、进行多组试验，并计算每一组试验中热探测器随着时间的温升；其中，tep是进行到第j组试验时热探测器随着时间的温升预测值；tec是进行到第j组试验时热探测器随着时间的温升校正值；是进行到第j组试验时热探测器随着时间的温升最终值；是进行到第j组试验时热探测器敏感元件的温度；tgj是进行到第j组试验时流过检测器的烟气温度；是进行到第j组试验时从火源发生到第一次烟气前沿接触到探测器的时间；t0j是环境温度；ul(tj)是进行到第j组试验时的一维烟气流速，其表达方式如下：其中，δt是最高温升与环境温度t0j的差值；r是变量范围从0到r的积分变量；步骤5、计算热探测器的活化时间；所述步骤5进一步包含：步骤5.1、找到所有组中的热探测器随着时间的温升值高于tact的数值，并标记其中最小的数值为步骤5.2、再找ti＝fd时刻的tarrival(fd)，将其定义为热探测器活化时间。本发明的优点在于本发明的模型适用于狭长空间，扩大了detact-t2的应用范围。附图说明图1为本发明方法的流程图；图2为天花板高度变化时的本发明与detact-t2模型的预测活化时间比较图；图3为热探测器与火羽流中心线之间的水平距离变化时本发明与detact-t2模型的预测活化时间比较图。具体实施方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但不以任何方式限制本发明的范围。如附图1所示，本发明所提出的对船舶狭长空间内火灾热探测器活化时间预测的方法的步骤包含：步骤1、给出模型的输入参数hrr、h、r、lb、δt、n、st、tact、rit；其中，hrr是热释放速率；h是天花板高度；lb是横截面半宽；δt是时间步长，t＝iδt，其中时间识别i＝1,2,3,…n；n是时间步数；st是斯坦顿数；tact是热探测器的活化温度；rit是响应时间指数；r是火焰羽流中心线的水平距离；步骤2、不同的时间计算多个参数；计算ti时刻的热释放率q(ti)＝hrr×ti；计算一个封闭形式的无量纲烟气传播时间方程：其中，ttrans为在狭长空间内火灾烟气从火源到天花板上的目标位置的蔓延时间；g为重力加速度；通过所述方程式(1)来进一步计算得到烟气传播时间ttrans(q(ti))；从火源在ti时刻产生的烟气到达热探测器的时间可由下式计算：tarrival(ti)＝ti+trans(q(ti))(2)步骤3、计算烟气传播时滞tlag；所述步骤3的计算方法包含如下步骤：步骤3.1、先计算烟气前沿第1次到第n次到达热探测器的时间；步骤3.2、n个时间中取最小数值定义为tlag。步骤4、进行n-1组试验，每组进行n次，共进行n×(n-1)次试验，并计算每一组试验中热探测器随着时间的温升其中，tep是进行到第j组试验时热探测器随着时间的温升预测值；tec是进行到第j组试验时热探测器随着时间的温升校正值；是进行到第j组试验时热探测器随着时间的温升最终值；是进行到第j组试验时热探测器敏感元件的温度；tgj是进行到第j组试验时流过检测器的烟气温度；是进行到第j组试验时从火源发生到第一次烟气前沿接触到探测器的时间；t0j是环境温度；ul(tj)是进行到第j组试验时的一维烟气流速，其表达方式如下：其中，δt是最高温升与环境温度t0j的差值；r是变量范围从0到r的积分变量。步骤5、计算热探测器的活化时间；所述步骤5包含如下过程：步骤5.1、找到n-1个中所有高于活化温度(tact)的数值，并标记其中最小的数值为步骤5.2、再对应找到ti＝fd时刻的tarrival(fd)就是对应的热探测器活化时间。本发明的第一实施例是把表1给出的参数输入到本发明的模型中，分别在两种不同情况的狭长空间中做了相关实验，最后得出的结果与detact-t2模型进行比较。表1模型所需的相关参数参数符号值单位走廊的半宽lb0.81m响应时间指数rit60(m˙s)0.5环境温度t020℃活化温度tact57℃火焰生长系数a0.0029kw/s2斯坦顿数st0.03-第一种情况，把火源放置在狭长的走廊中央并设置为t2的生长火，热探测器固定在天花板上，距离火羽流中心线2m处，火源在不同时间步长的热释放速率可以通过q＝at2计算得到。通过将天花板高度h从2m逐渐增加到4m(每次增加的高度为0.2m)，通过本发明提出的模型计算得到的热探测器的活化时间用附图2的圆形白点来表示。在开放空间所使用detact-t2的计算结果用图2的方形黑点来表示。从图中可以看出本发明提出的模型活化时间高于detact-t2。对于2m高的天花板，差异约为35％，并且差异随着天花板高度的增加而增加，在4m高的天花板处差异达到约65％。第二种情况，通过将参数r(火羽流中心线水平距离)从1.2m增加到3.0m(每次增加的为0.1m)，天花板高度h固定为3.5m，其他参数与表1中给出的一致。本发明所提出的模型与detact-t2之间的比较可以在附图3中看到，两个模型的活化时间都表现出良好的线性增长趋势，而且本发明提出的模型活化时间比detact-t2的活化时间长。在r为1.2m时，两个预测之间的差异约为80％，并随着r的增大而减小，在r为3m时差异达到约27％。基于上述两种情况，本发明所提出的模型和detact-t2的预测的结果存在显著不同。这主要是因为在狭长空间产生的烟气行为和开放空间下存在差异。因此本发明所提出的模型可以适用于狭长空间，这可以扩展detact-t2的应用范围。尽管本发明的内容已经通过上述优选实例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。当前第1页12