论文总字数：17725字

摘 要

船舶火灾在海难事故中占有不小的比例，其对人生命安全和财产安全产生很大的威胁，而据数据显示，船舶火灾其中有75%左右是机舱火灾，机舱内有大量的易燃易爆设备，如柴油机、分油机、大量电气设备等，一旦失火，烟气会迅速蔓延，必须要及时进行人员疏散和火灾扑救。本文针对火灾发生后，对船舶机舱内的烟气蔓延、CO浓度以及关键位置的温度变化进行了研究。

用某邮轮的机舱作为研究对象，建立一个三层的机舱网格模型，设置多个观测点，以某一柴油机和分油机为火源点，基于PyroSim软件建模对该船机舱火灾的发生、发展等过程进行数值模拟，研究这两个火源点所引发火灾场景下的烟气蔓延、舱内温度场、CO浓度分布情况，分析人员安全疏散可用的时间，对该船舶的机舱的安全通道设计和其他舱室的火灾监测、防火策略、灭火措施等提供一些参考。

关键词：船舶机舱火灾，数值模拟，人员疏散

Abstract

Ship fire occupies a large proportion in marine accidents, which poses a great threat to human life and property safety. According to the data, about 75% of ship fires are engine room fires, and there are a large number of inflammable and explosive equipment in the engine room, such as diesel engine, oil separator, large amount of electrical equipment, etc. once the fire occurs, the smoke will spread rapidly, and personnel evacuation must be carried out in time And fire fighting. In this paper, the smoke spread, CO concentration and temperature change in the key position in the engine room of the ship were studied after the fire.

Taking the engine room of a cruise ship as the research object, a three-layer engine room grid model is established, with multiple observation points set, a diesel engine and a oil separator as the fire source. Based on the PyroSim software modeling, the process of fire occurrence and development of the engine room of the ship is numerically simulated, and the smoke spread, temperature field and CO concentration distribution in the fire scene caused by these two fire source points are studied This paper analyzes the critical time of each key evacuation passage to reach the critical value of safety evaluation index, and provides some references for the design of safety passage in the engine room of the ship and the fire monitoring, fire prevention strategy and fire extinguishing measures of other cabins.

Keywords：Marine engine room fire，Numerical simulation，Safe evacuation

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 2

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 3

1.3 本文主要研究内容 3

第二章 火灾和计算基本理论 4

2.1 火灾概述 4

2.2 FDS数值模拟理论 5

2.3燃烧理论 8

2.4辐射换热理论 8

2.5碳黑模型 9

第三章 船舶机舱火灾模拟计算 11

3.1 PyroSim软件简介 11

3.2船舶机舱火灾场景设定 11

3.2.1船舶机舱模型尺寸 11

3.2.2网格设置 14

3.2.3火灾热释放速率的设定 15

3.3监测点设置 16

3.3.1温度监测点 16

3.3.2能见度监测点 16

3.3.3 CO浓度检测点 17

第四章 机舱火灾结果分析 19

4.1分油机起火场景分析 19

4.1.1烟气蔓延过程 19

4.1.2温度变化 21

4.1.3能见度情况 22

4.1.4 CO浓度变化 22

4.2柴油机起火场景分析 23

4.2.1烟气蔓延过程 23

4.2.2温度变化 25

4.2.3能见度情况 26

4.2.4 CO浓度变化 26

4.3对比分析 27

4.4参考意见 27

第五章 总结与展望 28

5.1总结 28

5.2展望 28

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

研究背景

船舶，在当今国际货运发挥着重要的作用。据数据统计，有80%以上的货物通过海上运输。海上运输有运量大、运费低、对货物适应性强等特点，是国际贸易最主要的运输方式^[1]。根据一份2018年的全球船舶数据分析，普通散货船、干散货船、集装箱船、油船这四种船型共32303艘，占到全球船舶总数的46.21%。海上运输业的发展，带动了电气产业、船舶行业、冶金行业等，它提供了更廉价的原料和更广袤的市场，又间接地带动很多产业的发展，可以改善很多国家的产业结构，优化国际贸易中的商品结构。

同样在旅游业方面，在近十年，全球的邮轮旅客人数逐年快速增长，根据数据显示，2019年的全球邮轮旅客数量达3000万人次，而在十年前，2009年的人次只有1780万，十年的时间，旅客人次增长了近一倍。而且经过多年的发展，海上旅游业的载体正向普通邮轮向大型豪华邮轮转变，使得海上旅游业创造的经济价值越来越高，对各国来说，这都是一个很好的机遇，尤其是我国，虽然我国的海上旅游业起步晚，但是发展很快，在十几年的发展过程中，从2005年不到1万人次到2017年的239万人次^[2]，而且还将持续增长。

但是同所有交通运输工具一样，海上运输也具有风险性。船舶在运输过程中，有很多因素都有可能导致船舶事故的发生，发生的事故类型有火灾与爆炸、碰撞、搁浅等，而根据近30年全世界对船舶事故的统计分析来看，其中火灾与爆炸的事故占比近30%，仅次于碰撞事故，而且船舶火灾一旦发生，将造成不可弥补的损失。

机舱作为船舶的动力来源，其内部有柴油发动机、发电机、燃料、大量电气设备等，而且有很多处局部高温，设备老化故障、人为因素等更加容易引起机舱火灾的发生，使得机舱的火灾发生频率很高。

2012年6月，在南昌，一货轮发生火灾，原因是柴油机故障，导致机舱内发生火灾，造成不小的损失^[3]。

2014年7月，在德兰港，一韩国散货船发生机舱火灾，事故原因是因为发动机燃油泄露，而引发火灾，造成了3人受伤。

研究意义

当火灾事故存在发生率的时候，除了要做好火灾的预防，我们还可以借助目前软件的技术，进行火灾发生时的烟气和数值模拟，这将对火灾发生时的扑救和人员疏散有一定参考作用。而机舱火灾与其他舱室的火灾不同，主要表现在下面几个方面：

1. 首先是通风的局限性，机舱四周的通风口，几乎没有空气流动，烟气只有很少部分从通风口扩散出去，而且根据烟气本身的特性，会向上扩散，机舱的舱门一般在设置在顶部，所以火灾发生时，大量烟气会聚集在舱室顶部，而舱门也位于舱室顶部，所以舱内人员的疏散逃生路线会有较大的危险性。
2. 其次就是设备的特殊性，机舱内有发动机、发电机、电气设备等易燃易爆设备，不仅危险而且昂贵，所以，一旦发生船舶机舱火灾，将对船舶人身安全和财产安全产生重大威胁。
3. 机舱的火灾扑救难度较大，空间相对封闭，操作空间有限，还可能存在大量燃料，对扑救增加更多风险性。

因此，本文对某邮轮的机舱展开火灾烟气模拟和数值模拟的相关研究，通过对该船机舱的火灾仿真模拟，研究烟气扩散过程、温度场分布和CO浓度变化，对船舶相关舱室的结构、逃生通道的设计、人员的安全疏散等有一定参考价值和现实意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

船舶机舱火灾的实际场景模拟较难进行，因其需要在实际船舶机舱的环境中开展研究，因其成本过高，而且与实际火灾发生情况较难匹配，因此相对于建筑火灾，目前的实际场景研究较少，相关的研究以软件数值模拟为主。

2009年，来自江苏科技大学的苏石川教授对某船舶机舱的火灾进行了研究，采用基于FDS软件平台采用大涡模拟方法，对火灾的过程进行了数值模拟^[4]。

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