船舶机舱作为特殊的受限空间,由于舱内有大量的燃油,又有大量的油柜和储气钢瓶、高压容器等易爆物品,导致船舶机舱火灾不同于常规火灾,具有爆炸性、发展迅速、火灾危害性强的特点,因此可以说船舶机舱火灾具有其自身独特的一面。而在火灾发展过程中,火焰会呈现出一定的特殊行为,因此对船舶机舱火灾中火焰特殊行为的研究,对深入研究船舶机舱火灾具有十分重要的意义。本文基于“船舶机舱火灾及火灾机理”课题的研究,采用大涡模拟技术,结合FDS软件平台,对火灾的发展过程及其过程中产生的回燃、火旋风现象进行了模拟研究,同时利用热力学第一定律及非线性原理对船舶机舱火灾中的轰燃现象进行了数学建模。进行了以下研究:(1)从基本控制方程、低马赫数状态方程、混合分数燃烧模型、辐射模型等角度出发,建立了适用于低马赫数火灾研究的数学模型,并描述了大涡模拟的基本思想。(2)建立了某船舶机舱物理模型,对该船舶机舱火灾的发生、发展全过程进行了数值模拟。研究了该船舶机舱火灾发生及发展过程中不同时刻和不同高度下烟气运动与火焰蔓延的变化规律、舱内温度场的分布等情况以及它们之间存在的关系。(3)对该船舶机舱火灾进行封舱灭火过程中所出现的回燃现象进行了重构。结合舱内温度分布研究了该过程中回燃现象产生的原因及过程,并对热量释放率、辐射量、热对流及温度场分布进行了分析,同时对回燃现象的危害性进行了说明。其结果详细分析了从经验层次上所无法观察到的回燃现象所产生的影响。(4)探讨了火旋风在船舶机舱火灾中的存在性。运用最小二乘拟合方法研究了四面相同单风速作用下船舶机舱火灾中火旋风的中心漂移角速度及火旋风的漂移路径,并结合火旋风的性质及中心漂移角速率对燃料热释放率、火焰的蔓延和温度场的分布进行了分析,认为局部火旋风的产生对机舱火灾所起的作用较大,同时指出其危害性。(5)在四面相同恒定风速情况下,中心漂移角速度遵循某三次方多项式变化趋势,并认为风速大于6.58m/s对中心漂移角速度的变化速率有较大影响。但对于四面不同不定风速的情况,当风速按某规律进行变速,中心漂移角速度随风速的变化大小成正比率变化,而对于随机变速,中心漂移角速度波动较小。(6)运用四阶Runge-Kutta方法对轰燃的数学模型进行了数值求解,并对轰燃发生的时间、舱内温度、碰撞因子、舱内压力、舱内空气消耗等进行了计算分析。结果表明在t=100s发生轰燃,轰燃发生以后,舱内温度以极大的斜率快速的增加,随着系统进入稳定状态,温度、压力变化趋缓,而且舱内压力低于舱外压力,形成一定的压差,碰撞因子变化趋缓,舱内氧气浓度由快速的下降逐渐进入缓慢衰减状态,且在200s之前,氧气浓度降至10%。121s和50s后,CO2和CO浓度分别增加到3%和1.3%。同时对模型进行了可靠性分析。本文的研究结果对船舶设计、结构防火、防火策略、火灾评估及人员的逃生具有十分重要的意义,同时也为船舶防火规范的修订提供了重要参考。