钢结构舱室热防护措施有效性大尺寸试验和仿真研究 .pdf

本研究通过大尺寸试验和FDS数值仿真模拟，探究了在不同火源类型下典

型船钢结构舱室内温度变化情况，并对钢结构舱室热防护措施有效性进行验证。

研究采用喷射火、流淌火两种火源类型，使用8mm纤维碳酸钙板作为隔热防护

材料。结果表明，FDS数值仿真结果与大尺寸试验结果基本吻合，在流淌火条

件下纤维硅酸钙板的隔热防护效果表现良好，而在喷射火条件下纤维碳酸钙板的

隔热防护效果不佳。同时，钢结构舱室上壁即火焰正上方处温度最高，接近900°C,

热危害性更强。因此，在真实场景中，应优先考虑在钢结构舱室上方安装防火板

进行隔热处理。

关键词：船火灾；典型舱室；纤维硅酸钙板；热防护技术措施；数值模拟

引言

随着我国船行业快速发展，船舱室结构日益复杂，机械、电子设备种类

增加，使船火灾隐患也更加复杂。由于具有受限空间特征和更高可燃物密度，

船火灾发生的可能性很高［1］。同时，在航行时，船火灾更多只能依靠自救，

难以依靠外部救援［2］。因此，除了提高灭火救援之外，探究有效热防护技术措

施对保障船安全有重要意义。

张茜［3］构建了多组火灾场景，运用FDS进行仿真，发现GA-SVM方法具有

良好的泛化能力和预测效果。袁敏杰［4］以舱室甲板为研究对象进行火灾-热-结构

耦合分析，发现在真实火灾作用下，甲板与整个舱室都存在明显温度梯度。郝军

凯［5］采用大涡模拟方法，研究了密闭舱室0.64m2流淌火作用下结构热力响应和

剩余极限强度。张晨［6］运用FDS软件对船舱室火灾烟气流动规律和危险参数

的变化情况进行了探究。White等□建立了船舱室轰燃后向相邻舱室的传热模

型。通过试验测量了高温壁面温度，计算得到的冷舱室气温和壁面温度与试验值

符合较好。Jnsson［8］等人，在边长为6m的立方体，顶部有开口的封闭空间进

行了火灾试验，发现封闭空间顶部开口的大小会影响到烟气的温度的变化，开口

增大会导致空间内火灾荷载增加，破坏性会更大。张佳庆等［9］对封闭舱室的火

灾特性进行了试验研究，但研究的对象是小尺寸舱室模型。

目前，针对船火灾研究的大尺寸试验成果较少。本文针对典型船钢结构

舱室，基于实际燃烧空间尺寸、多种火源及硅酸钙板隔热防护措施，进行了大尺

寸船钢结构舱室火灾试验和数值模拟研究，并对钢结构舱室的热防护措施有效

性进行验证分析。本研究可为船安全防护设计提供一些科学指导。

一、试验设计

（一）火灾场景设计

在船结构中，舱室内设备较多，对船整体功能影响较大。由于人员流动

量较大，其发生火灾后产生的后果也更为严重。本次试验火灾场景选择船钢结

构舱室作为最不利火灾场景，舱室模型长21m,宽13m,高8m。考虑到船使

用燃油类型及潜在的泄漏方式，试验火源采用流淌柴油火和喷射柴油火。参照《建

筑钢结构防火技术规范》要求，试验选用纤维硅酸钙板模拟钢结构舱室的隔热措

施（性能参数如表1所示），纤维硅酸钙板做防火板时厚度在5~20mm[10]o

考虑到防火板固定搬运等因素，本试验中使用8mm防火板。

（二）试验系统与工况

流淌火试验平台如图1所示，有效流淌平面尺寸为5m（长）x0.8m（宽），

左右两侧预留供油孔和溢油孔。试验中采用蠕动泵连接供油孔供给燃料，通过改

变蠕动泵的转速实现燃料在玻璃平面上均匀流淌蔓延。喷射火试验平台如图2

所示，尺寸为3m（长）x0.5m（宽）x0.3m（高）。为了控制整流效果，采用

整流过滤网，喷口的压力设定为0.07MP。试验中主要测量钢结构舱室火灾中

防火板隔热性能（用贴片热电偶测量隔热材料两侧温度）、舱室火灾温度场（K

型热电偶测量）。

在钢结构舱室内火源上方顶部铺设增强05mx05m的纤维硅酸钙板防火板，

如图3所示，用于模拟隔热措施。顶部的防火板表面及背面共各铺设1片贴片

热电偶，用于监测隔热材料内外表面的温度，验证防火材料的隔热性能。在火源

上方、顶棚短边、顶棚长边、舱室门前侧和