池火災(zāi)是一類以可（易）燃液體為燃料的火災(zāi)，常見于船舶石油運(yùn)輸、海上石油開采等[1]，池火災(zāi)可以直接造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，也可以引發(fā)沸騰液體擴(kuò)展為蒸氣爆炸或蒸氣云爆炸，導(dǎo)致事故規(guī)模擴(kuò)大。RP-5號(hào)航空煤油是屬于高閃點(diǎn)型的多組分混合燃料。其由于芳烴低，燃燒熱值高，在軍事領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。相對(duì)于低碳?xì)洌ň凭龋┤剂?，其具有燃燒速度快、火?shì)兇猛、輻射熱強(qiáng)等特點(diǎn)[2]。

自上世紀(jì)60年代以來，國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)圍繞油池火的燃燒特性做了大量的研究，取得了大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)。Topi Sikanen[3]對(duì)機(jī)械通風(fēng)艙內(nèi)液體池火災(zāi)進(jìn)行了預(yù)測(cè)模擬，正確地捕捉了氧耗降低對(duì)池火燃燒速率的影響，并利用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬器進(jìn)行了模擬，并在OECD PRIME項(xiàng)目中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。Gan-su Shen[4]等對(duì)開發(fā)區(qū)的火災(zāi)羽流溫度和小型丙烷池火的熱輻射分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，對(duì)火羽流溫度分布進(jìn)行了修正，同時(shí)對(duì)三種輻射模型進(jìn)行了比對(duì)。Liang Zhou[5]等利用ASTM e2058/ISO 12136型火災(zāi)傳播裝置(FPA)上研究了11種不同煤煙傾向的液體燃料，分別用狹縫法和廣角輻射計(jì)測(cè)量了所有燃料的輻射功率分布(沿火焰軸線)和整體輻射發(fā)射，研究了測(cè)量位置和燃料類型對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響。Jinlong Zhao[6]等研究了汽油的薄層燃燒行為，證明了隨著液體層厚度的減小，穿透熱輻射逐漸增大。Sinai[7]建議根據(jù)油池的直徑尺寸選取不同的火焰表面熱輻射通量。McCaffrey[8]通過分析小功率甲烷火的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了羽流中心線溫度分布規(guī)律，并將整個(gè)羽流劃分為三個(gè)區(qū)域。Eulalia Planas-Cuchi[9]等研究碳?xì)浠衔锍鼗鹪谡麄€(gè)燃燒過程中火焰溫度隨時(shí)間和高度的變化情況，提出了火焰溫度隨時(shí)間和高度變化的預(yù)測(cè)方法。M.A. Brosmer[10]總結(jié)出油盤直徑小于5m時(shí)，對(duì)大多數(shù)烴類火災(zāi)而言，輻射分?jǐn)?shù)為0.4∽0.5，并且輻射分?jǐn)?shù)隨油盤直徑的增加而下降。

近年來，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)于油池火做了大量的研究，大部分只是研究池火災(zāi)的某一特征。但是對(duì)RP-5 號(hào)煤油池火的研究以及專門對(duì)RP-5煤油池火的燃燒特性進(jìn)行系統(tǒng)研究的實(shí)驗(yàn)非常少。本文通過改變甲板和燃燒的初始溫度，進(jìn)行不同尺寸油池的燃燒試驗(yàn)，探究艦面升溫對(duì)燃油池火的燃燒熱釋放速率和熱輻射特性，溫度分布特性等燃燒特性的影響。

1實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)量方法

在ISO9705^[11]實(shí)驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上建立了系統(tǒng)研究不同尺度和溫度工況下的油池火燃燒特性的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，見圖1.整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以分為油盤和數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)。

圖1實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖（單位：mm）

本實(shí)驗(yàn)測(cè)量了面積為0.1和0.2油池，燃油初溫和甲板初溫分別為常溫、40℃、60℃情況的燃燒特性；試驗(yàn)采用圓形油池，油池深度為150mm,油池壁厚為5mm,見圖2。

圖3 ISO9705熱釋放速率試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

表1 溫度測(cè)點(diǎn)和輻射測(cè)點(diǎn)的位置

溫度測(cè)量使用K型鎧裝熱電偶，數(shù)據(jù)采集使用DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。熱輻射的測(cè)量采用水冷式輻射熱流密度計(jì)，試驗(yàn)過程中全程錄像。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1熱釋放速率實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

熱釋放速率^[12]是可燃物燃燒時(shí)單位時(shí)間內(nèi)釋放出的熱量。一直以來，熱釋放速率都被視為反映火災(zāi)場(chǎng)景、表征火災(zāi)過程最重要的參數(shù)。本文采用氧消耗原理法^[13]進(jìn)行熱釋放速率測(cè)量。

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每種工況的實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行兩次，通過對(duì)不同面積油池各條次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行平均化處理，分析得到的相應(yīng)火源熱釋放速率結(jié)果如圖4所示。

圖40.1m²和0.2 m²油池火在不同溫度環(huán)境下的熱釋放速率變化過程

由圖4可知，在油池面積為0.1m²時(shí)，對(duì)于燃油初溫為常溫的工況中，在經(jīng)歷了池火的初期發(fā)展階段后，熱釋放速率到了峰值，約為108kW，發(fā)生時(shí)間在500秒附近，在2750秒附近，燃燒發(fā)展到衰退階段。

當(dāng)燃油溫度和甲板初溫改變?yōu)?0℃和60℃時(shí)，四種不同工況下的熱釋放速率最大值基本變化不大，平均值在120kW附近,發(fā)生時(shí)間在500秒附近。四種工況總池火熱釋放速率的平均值約為100kW，在點(diǎn)燃時(shí)間達(dá)到2700秒后，開始逐漸熄滅。

在0.1m²油池中的五種工況下，不同工況的熱釋放速率變化趨勢(shì)保持一致，只有燃油初溫為常溫的工況下，熱釋放速率略微偏低。因?yàn)橛统厥窃陂_放空間中燃燒，某一組實(shí)驗(yàn)受到風(fēng)的影響也是難以避免的，冷空氣會(huì)帶走池火的部分熱量，并抑制燃燒，造成熱釋放速率偏低。

同樣的對(duì)于面積為0.2m²的油池，在五種溫度環(huán)境的工況下，熱釋放速率都保持同樣的變化趨勢(shì)，整體實(shí)驗(yàn)結(jié)果重合度較高。五種工況下的熱釋放速率基本維持在285kW附近，熱釋放率最大值發(fā)生時(shí)間幾乎相同，約在420秒；總?cè)紵龝r(shí)間也基本相同，約為2250秒；熱釋放率平均值也基本相同，約240kW。

由面積為0.1m²和0.2m²的油池燃燒過程分析都可以發(fā)現(xiàn)，油池周圍水浴加溫基本不影響熱釋放率和燃燒時(shí)間。并且得出結(jié)論：一方面提高甲板溫度和油溫兩種加熱形式差別不明顯；另一方面在從常溫到60℃的溫度區(qū)間內(nèi)時(shí)，甲板和燃油的初始溫度對(duì)小尺寸池火災(zāi)的熱釋放速率和燃燒時(shí)間基本沒有影響。

2.2 熱輻射結(jié)果與分析

對(duì)每種工況下的兩次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行平均化處理，得出不同面積的油池在不同的甲板溫度時(shí)燃燒所產(chǎn)生的熱輻射結(jié)果如圖6.1-圖6.4所示。不同面積油池在不同的水浴溫度（油溫）時(shí)燃燒所產(chǎn)生的熱輻射結(jié)果如圖6.5-圖6.10所示。

圖5  RP-5油池火在不同溫度環(huán)境下的熱輻射隨時(shí)間變化過程

由圖5可知，0.1m²和0.2m²油池的燃油初溫和甲板初溫在常溫、40℃、60℃三種溫度工況下，熱輻射溫度重復(fù)性都很好，燃油初始溫度改變未影響輻射強(qiáng)度值。0.1m²油池在1倍直徑和1.5倍直徑距離處，平均熱輻射強(qiáng)度分別為5kW/m²和10kW/m²，燃燒時(shí)間均相同。0.2m²油池在1倍直徑和1.5倍直徑處平均熱輻射強(qiáng)度為15kW/m²和7.5kW/m²，燃燒時(shí)間均相同。0.1m²和0.2m²油池相比，后者燃燒時(shí)間縮短了約500秒，輻射強(qiáng)度在1倍直徑和1.5倍出分別平均增大了5kW/m²和2.5kw/m²。

綜合上述從熱輻射強(qiáng)度測(cè)量得到的試驗(yàn)結(jié)果可以看出0.1m²和0.2m²油池在五種溫度工況下的輻射強(qiáng)度沒有收到明顯影響，因此可以得出，在常溫到60℃的溫度區(qū)間范圍內(nèi)，艦船艦面甲板和燃油的初始溫度變化對(duì)燃燒熱輻射基本沒有影響。

2.3溫度結(jié)果與分析

對(duì)每種工況下的兩次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行平均化處理，得出不同面積油池在不同的燃油初溫和甲板溫度時(shí)燃燒的溫度曲線

圖6 RP-5池火在不同初溫環(huán)境下的溫度場(chǎng)分布

結(jié)合圖6可知，0.1m²池火在五種工況下試驗(yàn)溫度變化曲線一致性良好。火焰中心線上TC和TA二條熱偶樹的測(cè)量值均有良好一致性，不同軸線高度處的溫度有明顯的分層。TC1處溫度最高，平均溫度為600℃，TC1最大值都在750℃附近。測(cè)溫點(diǎn)最高處TC8溫度平均值約在40℃。橫向測(cè)溫靠近火焰附近測(cè)點(diǎn)TA1平均溫度在280℃附近，TA2平均溫度在130℃附近，距離更遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)處，溫度基本處于50℃以下。同樣的，0.2m²池火的溫度的變化曲線有更高的重復(fù)性，不同溫度工況下的池火燃燒展現(xiàn)出了相似的燃燒狀態(tài)。因此從測(cè)量結(jié)果同樣可以認(rèn)為，燃油和甲板初溫的變化，從常溫升至60℃范圍內(nèi)，對(duì)燃燒溫度場(chǎng)狀態(tài)基本不產(chǎn)生影響。

3結(jié)論

在以ISO9705實(shí)驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ)搭建的測(cè)試平臺(tái)內(nèi)測(cè)量了面積為0.1m²和0.2m²，油液溫度在常溫、40℃和60℃以及油池壁面溫度在常溫、40℃和60℃時(shí)的火災(zāi)熱釋放率、溫度和熱輻射強(qiáng)度等燃燒特性，并得出了以下結(jié)論：

（1）提高燃油初溫和提高甲板初溫兩種加熱方式對(duì)池火燃燒狀態(tài)的影響區(qū)別不明顯；

（2）在從常溫到60℃的溫度區(qū)間內(nèi)，艦船燃燒火災(zāi)的甲板和燃油的初溫變化對(duì)池火災(zāi)的熱釋放速率、燃燒時(shí)間、燃燒熱輻射特性和燃燒溫度場(chǎng)特性不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。