本文将介绍由毛少华、郝文杰、王锴等作者发表在《安全与环境工程》（Safety and Environmental Engineering）2023年第30卷第6期的一篇关于环境风对船舶甲板庚烷油池火灾温度分布影响的研究论文。

研究背景及意义

船舶甲板火灾是海上航行和作业中不可忽视的安全隐患。尤其在开放海域，环境风的存在可能导致火灾行为复杂化，增加人员疏散和灭火的难度。现有的火灾研究主要关注无风环境或低速风情况下的火羽流（fire plume）温度分布特性，但对中高速风（≥0.5 m/s）下的火灾行为，特别是火焰倾斜和贴地火焰（flame attachment）等现象的定量分析不足。该研究旨在填补这一空白，通过数值模拟方法揭示不同风速和火源功率条件下甲板近壁面气体温度分布规律，并建立预测模型。

研究团队及机构

研究团队由中国地质大学（武汉）工程学院和中国舰船研究设计中心的学者组成。通讯作者为李博副教授，主要研究方向为火灾动力学与消防安全。论文发表于2023年11月的《安全与环境工程》，系中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（编号：162301222607、162301212668）的研究成果。

研究方法

数值模拟工具与模型设定

研究采用美国国家标准与技术研究院（NIST）开发的火灾动力学模拟软件FDS（Fire Dynamics Simulator）6.7.6版本进行大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）。计算区域尺寸设定为1.9 m（长）×0.5 m（宽）×1 m（高），底部铺设1 cm厚的钢质甲板。火源为边长0.12 m的正庚烷方形油池，布置于区域右侧（距边界0.3 m）。热电偶阵列以0.03 m间距布设在火源下游，距离甲板面0.01 m处。

工况设计

研究设置了四组火源功率（10/20/30/40 kW）和七种风速（0/0.5/1/1.5/2/2.⁵⁄₃ m/s），共28组工况。网格独立性分析（mesh sensitivity analysis）显示，0.01 m网格尺寸可在计算精度与效率间取得最优平衡（D*/δx=10.6，满足4~16的推荐范围）。每组仿真时长为60秒，选取40~60秒稳定阶段数据进行分析。

关键发现

温度分布三阶段特征

研究发现，风速≥1 m/s时，火源下游温度纵向分布呈现三阶段特征： 1. 初始燃烧区（区间①）：温度先升后降。火源中心因燃料富集燃烧不充分，温度较低；下游0.1~0.3 m处燃料与空气混合充分，形成首个温升峰值（如20 kW火源在1.5 m/s风速下峰值达800℃）。
2. 虚点源区（区间②）：在0.6~1.2 m处出现第二温升峰值。FDS可视化显示这是由于倾斜火焰的”虚点源”（virtual origin）效应所致——环境风将部分燃料吹离主体火焰，在远端形成二次燃烧区。
3. 衰减区（区间③）：温度呈单调指数衰减，拟合曲线δt/δtf=exp(-kl/d*)的相关系数R²＞0.95（k=1.5~10.6，随风速增大而减小）。

火源功率与风速的耦合效应

• 低功率火源（10~20 kW）在风速0.5 m/s时即出现火焰贴地，而高功率火源（30~40 kW）需风速≥1.5 m/s才显著倾斜。
  
• 第二温升峰值位置与火源功率正相关：40 kW火源在3 m/s风速下峰值点距火源1.35 m，较10 kW火源远0.6 m。这表明大功率火源在强风作用下具有更长的热量输送距离。

理论模型创新

基于热力学第一定律和牛顿冷却定律，推导出温升峰值点下游的无量纲温度衰减模型： [ \frac{ΔT}{ΔT_f} = \exp\left(-k\frac{l}{d^}\right) ] 其中特征直径d=(Q̇/ρ∞cpT∞√g)^(²⁄₅)。该模型首次将火源功率（通过d*）、风速（通过k）和距离的耦合影响量化，为船舶消防间距设计提供了理论工具。

应用价值

1. 安全间距计算：模型可预测不同火灾场景下危险温度范围，指导甲板设备和人员疏散路线的规划。
   
2. 消防资源配置：揭示火焰贴地行为有助于优化消防炮射程和布置位置。
   
3. 标准完善：为《国际海上人命安全公约》（SOLAS）等规范中关于甲板防火间距的条款提供数据支撑。

研究亮点

1. 系统性风速覆盖：首次系统研究0~3 m/s风速范围（涵盖常见海况）的温度分布规律。
   
2. 多物理场耦合分析：通过FDS燃料浓度切片（如图5b）直接关联燃烧状态与温度分布。
   
3. 工程导向模型：提出的指数衰减模型参数少、可操作性强，已嵌入中国舰船研究设计中心的火灾评估系统。
   

后续研究方向

作者建议进一步研究：①波浪运动对甲板火灾的影响；②复合油品（如原油-柴油混合物）的燃烧特性；③真实船舶结构（如护栏、货物堆放）对气流组织的扰动效应。这些工作将推动船舶火灾动力学从理想场景向实际复杂环境的跨越。

（注：文中所有专业术语如”火羽流”（fire plume）、”虚点源”（virtual origin）等均在首次出现时标注英文原词；研究机构及期刊名按原文保留；数据引自论文图表2~6及公式1~6。）