船舶舱室火灾高温作用场下结构热力耦合响应研究
摘要
船舶火灾是交通航运的主要安全问题之一，根据船舶的结构与舱室布置特点，船舶
舱室火灾具有蔓延快、扑救难度大、可燃物火源热释放功率大、空间狭小、人员逃生困
难等特点。火灾发展过程中，机舱内的环境温度通过热对流、热辐射和热传导作用迅速
升高，甚至会出现舱室爆燃现象。由于喷淋系统与烟气蔓延相互作用导致的温度传导不
均匀性、高温作用场下材料的力学性能变化和边界条件的限制，在机舱的结构隅角及舱
室开口处会产生热应力集中从而导致结构变形甚至失效。因此，针对船舶舱室火灾高温
作用场下结构热力耦合响应研究尤为重要，对船舶设计与结构优化具有重大指导意义。
本文首先针对舱室火灾的数值仿真方法展开研究，为了使舱室火灾下温度场分布的
研究过程更具可靠性与客观性，对双区域模型与大涡模拟方法的差异性和适用性进行对
比验证。构建多舱室的舱段模型，考虑舱室通风条件与火源形式等影响因素，开展火灾
动力学仿真模拟，总结两种数值仿真方法的特性。其次，进行了试验和模拟对比分析
ISO9705房间实体火灾试验中的热烟气层温度变化规律与大涡模拟下的温度变化趋势，
验证数值仿真结果的可靠性，为后续研究提供理论支撑。
最后，基于大涡模拟的数值仿真方法，研究了在不同通风条件下喷淋设备对机舱内
池火火灾的快速抑制效果，同时进一步分析了细水雾粒径大小与细水雾的喷淋速度对于
灭火效率的影响。获取了舱室火灾下不同工况的高温作用场特性，通过自编温度载荷映
射程序并采用顺序热力耦合计算方法开展了火灾场景下船舶结构热力耦合响应的研究，
分析船舶舱室火灾下甲板结构的失效模式与舱段的极限承载能力变化。
本文针对船舶舱室火灾高温作用场下结构热力耦合响应的研究可以为火灾事故状
态下船舶结构热力耦合响应分析提供参考分析手段，对结构的抗火设计方案与安全评估
具有重大指导意义。
关键字：船舶舱室火灾；材料热学性能；高温作用场；热力耦合响应
船舶舱室火灾高温作用场下结构热力耦合响应研究
ABSTRACT
Cabinfireisoneofthemainsafetyproblemsintransportation.Accordingtothe
characteristicsofshipstructureandcabinlayout,cabinfirehasthecharacteristicsoffastspread,
difficultfighting,highheatreleaseofcombustiblefiresource,narrowspaceanddifficultescape
ofpersonnel.Intheprocessoffiredevelopment,theambienttemperatureintheengineroom
increasesrapidlyandevenoccurscabindeflagrationthroughthermalconvection,thermal
radiationandheatconduction.Duetothenon-uniformityoftemperatureconductioncausedby
theinteractionbetweenthespraysystemandthefluegasspread,thechangeofmechanical
propertiesofmaterialsunderhightemperaturefieldandthelimitationofboundaryconditions,
thermalstresswillbegeneratedatthestructuralcornersandcabinopeningsofthecabin,
resultinginstructuraldeformationandevenfailu