船舶通道空气涡旋分隔机理研究

There are different kinds of tunnels in ships which are the main ways of the fire and smoke spreading. Unfortunately there is not an effective compartment technique which can stop the smoke or gaseous pollutant spreading in the tunnels and let the people passing freely at the same time. Combined with the flexible compartment of air curtain and flow characteristics of the vortex, the method of using air vortex to prevent fire and smoke spreading is proposed, it not only can control smoke but also can keep passage smooth without fresh air in. . In this project, effect of parameters of inducing jet flow on the flow and pressure distribution of air vortex, the growth rule of air vortex will be studied in numerical method, the mechanism of smoke compartment will be explored, and the influence of different air vortex on smoke compartment will be validated by experiments. All these studies will lay a foundation for the design and application of safe and flexible compartment system in ship tunnels.

船舶上存在各种通道，是船舶火灾蔓延、烟气以及气态污染物传播的主要途径，然而至今没有一种有效的阻隔烟气或气态污染物在通道内传播、又不妨碍人员通行的分隔技术。结合空气幕的柔性隔断特点以及涡旋流场分布特性，提出采用空气涡旋对船舶通道进行防火隔烟，实现既能挡烟又不妨碍通行、不进新鲜空气的目标。. 本项目采用数值方法研究诱导射流参数对涡旋流场和压力场分布特性的影响、涡旋的生长规律，探讨空气涡旋的隔烟机理，并通过试验验证空气涡旋对不同程度烟气阻隔的有效性，为船舶通道安全柔性分隔系统的设计及应用奠定坚实的基础。

烟气毒性是引起船舶火灾人员死亡的最主要因素，较彻底的防火隔烟措施（如防火门、防烟门）会堵住通道造成人员进出的不便。本项目结合空气幕的柔性分隔特点以及空气涡旋流场的分布特性，在国内首次提出利用空气涡旋对船舶通道进行防火隔烟隔热，使其既能维持通道畅通，又能阻止污染物与安全区互相向对方流动。结合柱状空气涡旋的结构特点创造性设计船舶长通道空气涡旋生成装置，并基于雷诺应力方法研究了船舶通道三维涡旋的生长规律，探讨了诱导射流参数对三维空气涡旋流场和压力场分布特性的影响，建立诱导射流与空气涡旋流场参数间关系模型。在此基础上，基于大涡模拟方法详细探讨了不同空气涡旋结构对船舶通道火灾烟气、热、CO浓度等的隔离能力，并通过缩比模型试验进行了验证。研究发现：.（1）船舶通道空气涡旋的形成受到射流间距、角度、速度等参数的影响。当射流间距与通道宽度之比接近1时能产生较稳定的空气涡旋结构；船舶通道涡旋负压极值与射流喷射角度呈抛物线分布规律，当射流角度与通道壁面垂直时，船舶通道涡旋负压极值最大；船舶通道涡旋负压极值与射流速度近似线性分布规律，随着速度的增加，涡核的负压极值逐渐减小。.（2）空气涡旋结构具有良好的烟气和热的隔离作用，双空气涡旋结构对于高浓度烟灰和CO的阻隔效果大于单空气涡旋结构。对于庚烷燃烧，采用单空气涡旋结构可使通道左侧烟灰的质量分数和CO浓度约为右侧的1/6，能见度在燃烧前后基本保持不变，燃烧热量基本不向通道左侧传播；对于聚氨酯燃烧，采用双空气涡旋结构可使通道左侧烟灰的质量分数约为右侧的1/6，通道左侧CO的浓度约为右侧的1/12，燃烧热量基本不向通道左侧传播。虽然部分烟气能够进入空气涡旋区域，但通道左侧的能见度远大于通道右侧的燃烧区域，稳定维持在5m左右，不妨碍人员逃生。.本项目为船舶通道安全柔性分隔系统的设计及应用奠定坚实的基础，同时在地铁、隧道等工程的防火隔烟领域具有良好的推广应用前景。