摘 要

火源功率又叫做热释放速率，它在火灾安全事故分析中是一个很重要的分析变量。本文结合数值模拟和实验研究的手段，初步探讨受限空间中火源热释放速率随火源尺度的变化规律。阅读相关参考文献，知悉相关研究人员对油池火的研究现状，掌握和了解理论知识，并学习和使用火灾动力学基本模拟软件FDS，并利用该软件模拟不同火源尺度时火灾发生情况，对模拟结果进行分析，基本了解火源尺寸对火源热释放速率造成的。并结合实验，进行密闭空间不同火源尺寸时发生火灾模拟实验。对实验数据进行对比分析，揭示火源尺寸对受限空间内火灾热释放速率的影响规律，即火灾功率随着火灾规模的增大而增大。

关键词：油池火；热释放速率；火灾规模；FDS软件；火源尺寸；

Abstract

Heat release rate of fire is the basic parameter of describing the scale and consequences of fire, but also one of the most basic parameters of fire safety study. This paper preliminary studies the heat release rate variation with the scale of the source in the confined space with the measure of numerical simulation and experimental study. Fire literature research to understand the current situation and theoretical knowledge of precious studies to the pool fire. Learn and grasp the basic fire dynamics simulation software FDS, and use this software to simulate different scales of fire source. Observe the results of the simulation to preliminary understanding the influence between the size of the fire source and the fire heat release rate. And Combine with experiment, that is to simulate fire disaster with different scales of fire source in a confined space model. With analyzing the experimental date, reveal the influence of the size of the fire source to the heat release rate in the confined space, which is the fire source power will increase with the increasing of the size of the fire source.

Key words: pool fire; heat release rate; ; software FDS; scale of fire size of fire source

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 油池火概况 1

1.3 油池火灾 2

1.4 国内外研究现状 3

1.5研究内容及章节介绍 4

第二章 理论分析 6

2.1 火源功率 6

2.2 燃烧速率 6

2.3 受限空间内油池燃烧时的热平衡 7

2.4 火源尺寸对火灾燃烧特性的影响 8

第三章 数值模拟和实验研究 10

3.1 FDS数值模拟软件简介 10

3.2 火灾模拟过程 10

3.2.1 输入材料数据和反应 10

3.2.2 建立网格和块体模型 10

3.2.3 模拟实验及数据分析 11

3.3 火源尺寸对火灾热释放速率影响实验研究 12

3.3.1 实验装置及测量方法 12

3.3.2 实验结果与分析 13

3.3.3 实验误差 14

第四章 结论与展望 16

参考文献 17

致 谢 18

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

地下空间的利用和开发对国民经济的开发起到了重大的推动作用，比如地下矿井、巷道、地下商场和地铁等等。尤其是随着都市人口和经济的发展，市区地下空间的开辟也进入了迅猛发展的阶段。这些地下的受限空间有着其自身构造的特殊性和复杂性，比如空间狭窄、构造复杂、疏散条件差、人员鳞集和火灾荷载密度大的特点，因此万一发生失火，热量难以迅速排除，火势容易迅速发展和蔓延，带来非常严重的后果。为此，了解地下受限空间内火灾发展蔓延的变化规律，对于进行地下受限空间火灾动力学行为预测火灾及火灾防治具有重要的理论意义。

近几年随着地下受限制空间的大量开发和利用，其火灾安全事故也呈频发趋向，据统计地下受限空间的火灾事故已占到全数火灾事故的1/3，是以很多的国内和国外的学者开始注意地下受限制空间的火灾事故安全问题。海外，荷兰的TNO、瑞典的SP Fire以及美国海军实验室等一些研究机构对地下受限制空间的演化过程和防火措施进行了全面的研究，并取得了大量有价值的成果。在国内，中国科技大学、天津消防研究所、中国建筑科学研究院等研究机构对受限制空间火灾情况下的热释放速率、烟气控制以及材料着火特性等方面也做了许多研究^[1]。

本文主要利用FDS数值模拟软件创建不同火源尺度情况来了解火灾热释放速率的演变规律，再结合实验，对实验数据进行对比分析，揭示火源面积与热释放速率之间的相互影响规律，从而对受限空间内火灾蔓延的基本规律有一定的了解，才能更好的预测和防治火灾。

在试验火源方面，因为油池火具有实验方便、火焰增长较快、稳定的燃烧热释放速率以及燃烧速率和强度容易控制等一些特点，火灾试验通常以油池火作为火源^[8]。在此次试验中，同样以油池火作为火源来进行对火源尺寸与热释放速率之间关系的实验研究。

1.2 油池火概况

火灾是各种灾害中发生最频繁并且破坏性很大的一种安全事故。在具有可燃条件下的地区，如果用火不妥当，或者因为事故或其他原因，致使火焰不受控制的向外蔓延，就可能造成火灾事故，一般包括工业类火灾、森林火灾、建筑类火灾等^[3]。

资料统计的结果显示，油池火灾是危险物质运输过程以及工业处理过程中发生率最高的一种事故，特别是在船舶或石油化工行业中，因燃油泄漏而发生的火灾是经常出现的一种安全事故^[4]。

关于油池火的定义，大家普遍认同的是：油池火是水平燃料表面上的火焰。Hamins^[5]将油池火定义为燃料（气态、液态或固态）在水平表面上的浮力扩散燃烧。一般情况下，油池火燃烧过程可以分为三个阶段，即增长阶段、稳定燃烧阶段和熄灭阶段。