1、腔室火災是常見的建筑火災場景，在建筑火災安全中得到了廣泛的關(guān)注和研究。前人針對有門窗等開口的建筑空間火災進行了大量研究并建立了相關(guān)的火災模型，然而很少研究涉及到?jīng)]有對外開口或僅有頂棚開口的封閉空間火災。本文針對以船舶機艙為代表的無開口或僅頂棚開口封閉空間火災，在自行研制的封閉空間火災實驗系統(tǒng)中進行了池火實驗研究，目的是為了揭示封閉空間池火特征及行為規(guī)律。首先研究了無開口條件下的池火行為，在體積較小的A艙(0.75m3)中進行了無開口條件

2、下封閉空間池火燃燒行為特征研究，包括火焰高度特性、脈動特性、自熄滅特性、燃燒速率特性和氣體溫度分布特性等；隨后在體積較大的B艙(17.55m3)中進行了游走火行為的探索研究。其次，在無開口封閉空間實驗結(jié)果的基礎上，基于氧氣質(zhì)量守恒建立了無開口封閉空間的熄滅時間預測模型，通過無量綱分析研究了無開口封閉空間池火自熄滅時間的影響因素。最后在A艙中進行了單頂棚開口條件下池火燃燒行為研究，重點研究開口大小對燃燒狀態(tài)和熄滅時間的影響。具體工作包括：

3、
　　 自行設計了封閉空間實驗系統(tǒng)。用于本文池火實驗的封閉空間有兩個，體積較小的A艙內(nèi)尺寸為1000mm(L)×1000mm(W)x750mm(H)，體積較大的B艙內(nèi)尺寸為3000mm(L)×3000mm(W)×1950mm(H)，B艙與某機艙的幾何比約為1：4。A艙頂棚一角可設正方形開口，最大開口邊長為0.490m。實驗采用正庚烷為燃料，在A艙中進行的實驗油池直徑有0.100m、0.141m、0.200m和0.300m四種，在

4、B艙進行的實驗油池直徑有0.200m和0.300m兩種。實驗利用電子天平測量了燃燒過程中油池質(zhì)量隨時間的變化從而得到質(zhì)量損失速率，利用K型熱電偶陣列測量了艙內(nèi)氣體溫度的分布，利用煙氣分析儀測量了池火根部附近和空間上層氣體組分的變化，利用數(shù)碼攝像機記錄了實驗過程中的火焰圖像。
　　 分析了封閉空間內(nèi)火焰噪聲特性和色彩空間特性，提出了用H、B和Ⅰ分量聯(lián)合分割火焰彩色圖像的方法。對封閉空間內(nèi)燃燒實驗中捕獲的典型圖像噪聲、圖像在RGB色

5、彩空間和HSI色彩空間各個分量上的特性進行的分析表明，雖然封閉空間火焰圖像紅色R、綠色G和亮度Ⅰ分量圖受與火焰顏色相似的淡紅色噪聲污染嚴重、火焰與背景之間的分界模糊，但噪聲在色調(diào)H分量圖和藍色B分量圖上平穩(wěn)均一，H和B分量圖受噪聲污染較小，火焰與背景區(qū)分明顯。聯(lián)合使用色調(diào)H、藍色B分量與亮度Ⅰ共同分割火焰彩色圖像，并將分割后的各分量圖像進行融合處理，能有效減少噪聲的干擾而取得較好的分割效果。
　　 研究了無開口封閉空間的池火行為

6、特征。結(jié)果表明，火焰根部面積的變化頻率與火焰高度的振蕩頻率相等，在此基礎提出了采用火焰根部面積的變化頻率求取火焰振蕩頻率的方法，并應用于具有頂棚射流的封閉空間池火火焰振蕩頻率的確定。燃燒過程中油池火焰振蕩頻率波動較小，火焰振蕩頻率小于開放空間經(jīng)驗公式預測值，火焰振蕩頻率與油池直徑的關(guān)系擬合結(jié)果為f=1.33D-0.5，且滿足無量綱關(guān)系式st=0.26Fr-0.532。燃燒過程中的單位面積平均燃燒速率小于開放空間所得的實驗結(jié)果，但也隨著油

7、池直徑的增大而增大。燃燒因缺氧而發(fā)生自熄滅，不同直徑油池的燃料的總消耗基本上相等，不隨燃料池直徑大小的變化而明顯變化。火焰熄滅時池火根部附近氧濃度值在10.5％至15.3％之間，而空間剩余氧平均濃度大約為14.1％，熄滅時間與空間體積成正比而于油池大小呈反比并符合關(guān)系式tE=4.418V/D2。在燃燒過程的中后期，煙氣分層不明顯，在火焰熄滅時，空間內(nèi)只有熱煙氣層和污染層。上部空間的熱煙氣層溫度高于下部污染層溫度，熄滅時污染層的溫升隨高度

8、的減小基本上呈線性遞減。
　　 并建立了無開口封閉空間熄滅時間預測模型?；谘鯕赓|(zhì)量守恒建立了無開口封閉空間的熄滅時間預測模型。定義了空間體積形狀因子、無量綱火源體積和無量綱自熄滅時間，結(jié)果表明無量綱熄滅時間正比于封閉空間初始氧質(zhì)量分數(shù)與剩余氧分數(shù)的差值以及燃料屬性諸如燃燒熱、燃燒反應化學當量比等，但反比于環(huán)境溫度、空間體積因子、無量綱火源體積和綜合燃燒系數(shù)。綜合本文實驗和NRL實驗結(jié)果，綜合燃燒系數(shù)的經(jīng)驗公式為x0=0.094

9、(r0△hcYO2,0(1--YE)/cpT∞(O)Ω)0301。
　　 研究了不同油池高度對池火行為的影響，探索了無開口封閉空間中池火的游走火行為。在B艙中進行了不同池火位置高度的庚烷池火實驗，實驗結(jié)果表明，無開口的封閉空間池火熄滅時間隨著油池高度位置的增大呈先增大后減小的趨勢，燃料沸騰后無開口封閉空間出現(xiàn)了明顯的游走火現(xiàn)象，燃料沸騰產(chǎn)生大量可燃蒸氣及卷吸到火焰區(qū)的氧氣含量過低，導致空間內(nèi)在燃料區(qū)以外較遠的區(qū)域存在滿足燃燒條件

10、的蒸氣濃度和氧氣濃度是游走火出現(xiàn)的根本原因，油池位置高度越高，火焰游走距離越遠，而游走火出現(xiàn)時間和持續(xù)時間與油池位置增加并非簡單遞增或遞減。
　　 研究了單頂棚開口封閉空間的池火行為特征。結(jié)果表明，頂棚開口大小對封閉空間中的池火行為有決定性影響，按項棚開口的大小對封閉空間池火行為的影響，封閉空間池火的燃燒模式可分為四種：密閉燃燒模式、近密閉燃燒模式、開口控制燃燒模式和通風控制燃燒模式；當燃料充足時，只有當頂棚開口大于一定值(臨界

11、開口大小)時，燃料才能因燃燒耗盡，按熄滅時油池內(nèi)是否有燃料剩余可分為燃料剩余區(qū)和燃料耗盡區(qū)，兩區(qū)之間的臨界開口大小隨油池的增大而增大。在燃料剩余區(qū)，開口較小時熄滅時間和燃料消耗率與無開口時差別不明顯，而開口較大時熄滅時間和燃料消耗率隨開口的增大而增大。在油池直徑較小時，燃燒過程中燃料難以沸騰，熄滅時油池邊緣氧濃度隨開口的增大而增大；在油池直徑較大時，當燃燒進行到一定時期燃料發(fā)生沸騰后，游走火現(xiàn)象明顯，熄滅時油池邊緣測到的氧濃度普遍較低，

12、在本文實驗中，游走火現(xiàn)象明顯的頂棚開口條件下，油池邊緣氧濃度在熄滅時刻最低可以達到10％左右。在燃料耗盡區(qū)，熄滅時間隨開口的增大先急劇減小后趨于穩(wěn)定。平均質(zhì)量損失速率隨頂棚開口大小的變化呈S形變化。開口很小時，平均質(zhì)量損失速率接近于無開口時同直徑池火，而開口很大時，平均質(zhì)量損失速率接近于自由燃燒時同直徑池火，在燃料剩余區(qū)和燃料耗盡區(qū)分界線附近，平均質(zhì)量損失速率隨開口增大而增大。在定義了無量綱時間g和ω的基礎上，發(fā)現(xiàn)近密閉燃燒模式到開口控