环境风作用下宽阔水面油池火灾发展动力特性研究

The rupture of a storage vessel or pipeline containing a large amount of flammable liquid will cause the contents to be released on the offshore platform. The released liquid will flow to the sea and form a pool fire on the open water. Previous studies depend on the experimental apparatus to study this problem, where the quantity of water and fuel is limited. It may be argued that this condition is not comparable to an actual burn in the open sea. In this project, experimental study, numerical simulation and theoretical analysis will be combined. The effects of wind speed and the fuel characteristics on the mass burning rate, flame geometry and radiation will be examined. The critical wind speed and fuel thickness will be determined and the condition and mechanism of boil over for the pool fire on open water under wind will be revealed. By analyzing the smoke gas characteristics under different wind speed, relationship of the gas concentration and the distance of downwind side will be established. This study will deepen the understanding of the pool fire on open water under wind and provide reliable guide for selecting reasonable fire suppression measure for fire on the sea.

海洋平台上的油气储存装置和管线发生泄漏时，可燃液体会在海面形成水面油池火。已有关于水面池火的研究多考虑受限油池内水面池火，这与实际的宽阔水面池火有很大不同。本项目拟通过实验模拟、数值计算和理论分析，系统研究环境风速、燃料特征等参数条件下宽阔水面池火的质量燃烧速率、火焰几何特征、下游热辐射等动力学特征的变化规律，获得宽阔水面池火发生喷溅的临界风速和油层厚度等条件，揭示环境风作用下宽阔水面池火发生喷溅的条件和机理，分析不同风速池火下游烟气的纵向分布特征，揭示宽阔水面池火下游烟气特征参数随纵向距离的变化规律。本项目的开展有助于加深对环境风作用下水面油池火的认识，为海洋平台水面池火的扑救提供可靠依据和有力的指导，具有重要的科学意义和应用价值。

海洋平台上的油气储存装置和管线发生泄漏时，可燃液体会在海面形成水面油池火。由于海洋平台处于开放空间，所形成的水面油池火会受到环境风的影响。前人虽对水面油池火开展了相关研究，但对环境风作用下水面油池火火灾行为及动力学发展缺乏深入的研究。本研究通过实验研究和理论分析，搭建了环境风作用下受限和宽阔水面油池火实验台，基于实验结果，以理论分析为主要手段，发现了环境风作用下水面池火的多阶段燃烧行为及各阶段燃烧特性。基于火灾学相关理论，通过无量纲分析，得到了环境风作用下水面池火关键燃烧特征参数（质量燃烧速率、火焰长度和火焰倾角）以及危害特征参数（沸溢强度和沸溢发生时间）变化的主要影响因素，提出了适用于受限和宽阔水面油池火火灾长度和倾角的预测模型。发展了环境风作用下水面池火一维传热模型，揭示了环境风作用下水面池火沸溢现象发生的决定因素，提出了沸溢发生时间及沸溢强度的理论预测模型。此外，针对就地燃烧法处理水面溢油的本质也是水面油池火，开展了水面油池火燃烧效率的研究。针对水面油池火燃烧效率不高的问题，设计了两种提高水面油池火燃烧效率的外加装置。本研究结果对于防控水面油池火危害，科学有效利用就地燃烧法处理水面溢油具有指导作用。