Assessment of the Fire Dynamics Simulator for Modeling Fire Suppression in Engine Rooms of Ships with Low-Pressure Water Mist

Water mist-based fire-extinguishing systems are gaining acceptance for the protection of ship machinery spaces. The use of simulation tools presents a great potential for taking a performance-based design (PBD) approach to these fire scenarios. The Fire Dynamics Simulator (FDS) is the most frequently used and validated fire modeling software; however, studies of low-pressure water mist fire suppression modeling in ship engine rooms are rare. This paper contributes to the current literature by using the FDS to model a series of fire suppression scenarios defined by the International Maritime Organization (IMO) Circulars, including spray and pool fires with heptane and diesel oil, as well as exposed and obstructed fires. The simulation results are compared to data from full-scale tests conducted at recognized fire testing laboratories. Furthermore, an analysis of both the experimental and model uncertainties is carried out to assess the simulations performance. In general, a good agreement in compartment temperature evolution and fire extinguishing time is found for the modeled fire scenarios. The results support the application of FDS in a PBD approach for the design of water mist fire extinguishing systems for machinery spaces in ships. In this way, designers and engineers could model different machinery volumes and nozzles spacings that differ from those prescribed for a one story square engine room of the IMO, and, thus, predict the evolution of temperatures and extinguishing times for get the authorities approval.     

综合管廊电缆舱灭火系统效果研究

针对某综合管廊的电缆舱室,采取全尺寸实验和数值模拟结合的方法,探究综合管廊内电缆舱的火灾特性,对比分析干粉灭火系统和高压细水雾灭火两种灭火系统的灭火效果.将火源功率为0.7 MW的乙醇火设置于电缆架底部,观察火灾发展和烟气蔓延情况,分析电缆舱火灾特性;对比两种灭火系统开启后管廊内的温度和烟气变化规律,分析灭火效果.在实...     

电厂电缆层自动灭火系统适用性研究

依据没有灭火系统保护的FDS模拟计算结果,通过水喷淋保护下电缆层火灾的模拟计算与细水雾保护下的实体实验,对比常规水喷淋与细水雾灭火技术在电缆层的灭火有效性。依据电厂典型作业场所火灾及烟气的特点选择合适的灭火系统,为类似的电厂消防设计提供了参考。     

原木楞堆细水雾灭火过程数值模拟

采用FDS模拟对原木楞堆细水雾灭火过程.通过分析雾滴直径、喷雾速率和喷头与楞堆顶面距离不同情况下楞堆燃烧周围温度的变化规律,选定了贮木场楞堆细水雾化灭火系统的合理参数.模拟结果表明,雾滴直径在100～150 m、喷头与楞堆顶面距离约5m时,细水雾灭火系统的灭火效果最好;雾滴速率为30～70 m/s时对灭火能力的影响不走,在设计细水雾灭火系统时可不予考虑.     

高压细水雾灭火对古建筑木构件的水渍损失研究

高压细水雾灭火系统喷雾后会对木构件造成一定的水渍损失,为了探明木构件的水渍损失情况,对10 种木材喷雾后含水率、阴干速率和腐朽状态进行研究。通过搭建实验平台进行模拟实验,测定了不同大气湿度、环境温度下高压细水雾喷雾后实验木块含水率变化情况,分析了实验木块的含水率变化趋势、阴干速率和腐朽状态。实验结果表明,高压细水雾灭火系统喷雾后实验木块含水率测定值在35%以内,阴干2 h 后木材含水率下降至20%,阴干5 h 后木材含水率下降至河南地区平衡含水率以内,封存45 d 后实验木块肉眼观察无腐朽症状。通过对济渎庙玉皇殿消防改造工程的介绍,阐明高压细水雾灭火系统在古建筑消防改造中的技术优势,为古建筑消防系统的设计提供参考。     

管廊风速对细水雾系统灭火效果影响研究

建立等比例综合管廊数值模型,采用FDS模拟了通风风速为0、0.4、0.8、1.2 m/s下电缆舱着火工况的细水雾灭火效果,分析风速对灭火效果的影响以及纵向通风与细水雾共同作用下的烟气蔓延情况。结果表明,随着通风风速的增加,尽管管廊内部的含氧量增加,但火源及正上方温度下降,很大程度上减缓了火源竖向发展趋势。研究结果证明了高压细水雾灭火系统的有效性。城市综合管廊采用细水雾系统时,施加不高于1.2 m/s风速的通风气流对细水雾灭火更为有利。     

Experimental study and numerical simulation for a storehouse fire accident

Full-scale experiment and numerical simulations are carried out on a shelf fire in a storehouse to study the ignition manner, the fire spread and the combustion characteristics. A computational fluid dynamics (CFD) model of fire-driven fluid flow, FDS (Fire Dynamics Simulator), is used to solve numerically a form of the Navier–Stokes equations for fire. Ignition manner experiments with both cigarette ends and lighter are conducted first. Then a full-scale experiment on a shelf fire is performed. The temperatures are measured and the fire growth and spread process is analyzed. A numerical model is used to simulate the experiment; the temperatures, fire growth and heat release rate are studied. In numerical simulations, the grid size resolution is analyzed. The experimental results of temperatures and the fire growth and spread process are compared with the results of numerical simulations. It shows that the numerical results are in good agreement with the experimental results. The chimney effect is also observed in both the experiment and the simulation. These useful data can be helpful in the numerical reconstruction of the whole storehouse fire accident.     

国内某地铁加装细水雾灭火系统方案

对行业内自动灭火系统进行对比,提出细水雾灭火系统在城市轨道交通车辆上应用的优势。通过在国内某地铁加装细水雾灭火系统的实例,介绍了细水雾灭火系统的方案、系统组成及细水雾装置的配置方案,依据地方标准的要求,通过对灭火时环境参数的分析,验证了加装的细水雾灭火系统达到了设计要求,起到了灭控火的目的。     

喷头安装角度对综合管廊细水雾灭火的影响

为研究综合管廊火灾中喷头安装角度对细水雾灭火效果的影响,搭建实体火灾实验平台,利用FDS 模拟分析7 种喷头安装角度下细水雾对烟气温度和烟气层高度的影响。结果表明：侧喷无线槽工况火场温度下降得更快,降温效果更好;喷头安装角度≤50̊ 时,灭火时间少,灭火效果好,当喷头安装角度＞50̊时,灭火时间增加,灭火效果变差;喷头安装角度与平均温度降低值有一定的关系,但不呈线性关系,结合降温效果与烟气层高度,建议细水雾喷头安装角度为50̊ 。     

不同工况下细水雾灭火效能影响的数值模拟

采用FDS对单室火灾中细水雾与火焰相互作用过程进行数值模拟分析,探讨细水雾与火焰相互作用过程中不同区域的细水雾灭火机理,分析粒径分布、速度和雾化角度对细水雾灭火产生的影响.模拟结果表明:在细水雾与火焰相互作用过程中粒径分布对灭火效能影响显著;细水雾在粒径小于100 μm时不能实现有效灭火;当粒径为200～400 μm时细水雾能有效抑制火焰发展并熄灭火源;在细水雾灭火机理中,相对于气相冷却和隔氧窒息,细水雾的表面冷却作用起到主导作用;细水雾喷射速度对灭火效果影响较大,细水雾动量不小于火羽流动量是火灾发展得到有效控制的重要前提;细水雾有效雾通量随着雾化角度增大而逐渐减小,雾化角度增大不利于细水雾灭火效能提高.     

细水雾系统参数对有障碍物液体火灾灭火效果的影响

利用FDS 数值模拟软件，采取控制变量法设置4 组数值模拟，分别研究细水雾系统水滴粒径、雾化角度、喷水强度、喷头高度对火源周围存在无法燃烧或尚未开始燃烧的障碍物情况下灭火效果的影响。研究发现，当火源设置为乙醇池火时，存在障碍物条件下，细水雾系统水滴粒径设置在250~400 μm，雾化角度设为120°，喷水强度设为2.0~2.5 L/（min·m2），喷头高度距障碍物1 m 时灭火效果较为理想。     

水喷雾与泡沫喷雾灭油池火实验特性对比研究

通过自主搭建实验平台开展灭换流变压器油池火实验,对采集到的雾流密度、温度、热流、热成像等数据进行分析,得到水喷雾和泡沫喷雾系统的灭火特性,对比得出两灭火系统的灭火效率差异.结果表明:水喷雾与泡沫喷雾灭火所用时间为190、100 s;水喷雾灭火系统与泡沫喷雾灭火系统最终热流值分别降低至0.0059、0.0047 W/m2...     

基于综合管廊火灾特性的细水雾灭火系统应用研究

综合管廊电力电缆舱室具有较高的火灾危险性,一旦发生火情,极易酿成重大火灾事故。笔者研建了综合管廊实体火灾试验平台,开展了不同工况条件下的细水雾灭火系统局部应用与全淹没应用灭火试验研究。研究表明,对于综合管廊电力舱,细水雾灭火系统宜采用全淹没灭火方式;若需采用局部应用灭火方式,应对着火分区与相邻分区同时喷射细水雾,并保证一定的灭火区间长度和喷雾强度。灭火过程中,通风排烟系统与门窗洞口严重影响细水雾灭火性能,火灾时应及时联动关闭;全淹没应用时,适当增大系统喷雾强度,是保障细水雾高效能灭火的关键。     

水电站电缆竖井细水雾灭火性能数值模拟研究

水电站电缆竖井是用于给水电站铺设供电电缆或通信电缆的竖直高层通道,高度可达百米。如若封堵不严或无封堵,火灾将沿着电缆竖井迅速蔓延。本文以某水电站电缆竖井为研究对象,采用FDS 数值模拟软件,研究了高压细水雾喷头纵向间距、同时启动的楼层数、喷头流量系数和喷雾角度4 种因素对灭火效果的影响。确定了各因素临界值,以有效发挥灭火作用,该结果可为水电站电缆竖井灭火系统设计提供参考。     

单、双喷头细水雾对正庚烷池火灾的抑制作用

为了研究单、双喷头细水雾抑灭正庚烷池火灾的效能和机理,在半体积飞机模拟货舱中开展了单、双喷头细水雾雾滴粒径测试和抑灭20 cm 正庚烷池火灾的实验研究。结果表明,双喷头细水雾协同工作会导致雾滴之间相互碰撞发生二次破碎,有助于雾化效果的提升。通过对燃料表面温度、火焰区平均温度和舱内氧气浓度的测量和计算,对比分析了单、双喷头细水雾抑灭火的主导机理。结果表明,单喷头细水雾灭火的平均时间为283.14 s,耗水量约为3.54 L,燃料表面冷却是其抑灭火的主导机理。双喷头细水雾灭火的平均时间为212.22 s,耗水量约为5.31L,火焰冷却是其抑灭火的主导机理。     

数据中心高压细水雾灭火系统设计分析

针对数据中心内不同安全等级机房的使用功能及防护要求,通过对高压细水雾灭火系统从系统选型、喷头设置及优化系统集成等方面进行探讨分析,提出了不同机房、设备用房及工作间的高压细水雾灭火系统设计方案,并设计了具体参数,在保证灭火有效性的基础上节约投资,提高了该系统设计的灵活性及有效性。     

高压细水雾灭火系统在石化企业热油泵区的应用

简述细水雾灭火系统的成雾原理、灭火机理、性能、优点和特殊技术的应用,并结合石油化工企业热油泵区的实际状况,对细水雾灭火系统在催化装置热油泵区替代蒸汽灭火系统的优势及其灭火方案、设计参数和应用效果作简要介绍,展望细水雾灭火系统在石油化工企业的工程应用前景.     

地铁设备房自动灭火系统设计及经济性分析

针对目前国内地铁大部分采用气体灭火系统的现状,介绍高压细水雾工作原理,比较两者的安全性能。基于地下车站密闭狭隘空间火灾逃生困难的特性,纵向对比考虑地面及高架车站设备房自动灭火系统选择。以南京地铁AFC设备用房为例,依据国家规范分别采用两种灭火系统进行设计及水力计算,得出设计参数、系统组成。根据计算结果进行设备造价分析,提出高压细水雾灭火系统在地铁设备房应用的可行性,同时,横向对比上海轨道交通成功案例,为城市轨道交通建设及运营管理单位提供参考。     

特高压换流站变压器灭火系统有效性模拟试验研究

为构建有效的特高压换流站变压器自动灭火系统,对此类变压器火灾特点进行了综合分析,并基于小尺度火灾模拟试验的方法,重点开展了高压细水雾系统和细水雾涡扇炮系统灭火的有效性研究。试验结果表明：两种系统均具有高效的灭火性能,侧向喷头可有效提升高压细水雾系统灭火效率,涡扇炮系统的灭火动作顺序应为从上至下,灭火后持续喷射冷却,以防复燃。     

细水雾灭火系统在小型汽车库火灾中的灭火效能试验研究

摘 要：针对小型汽车库的火灾防控,建立了5.95 m×7.6 m×3.6 m全尺寸汽车库火灾试验平台,研究了高压细水雾灭火系统单个喷头在不同系统工作压力（6,8,10 MPa）下的洒水分布性能,分析确定了小型汽车库细水雾灭火系统设计参数及喷头布置位置;并采用细水雾灭火系统对汽车库内汽车后座火灾开展了灭火试验研究。结果表明：采用高压细水雾灭火系统能有效抑制小型汽车库内汽车火灾发展,并可很好地保护汽车库的围护结构及相邻汽车。本文研究确定小型汽车库的高压细水雾灭火系统采用闭式系统,系统工作压力为10 MPa,设计喷雾强度不小于2.0 L/（min·m2）,流量系数取K=3.0等设计参数以及喷头的布置位置,可使灭火系统达到较好的灭火、控火效果。