论文部分内容阅读
船舶机舱与外界气体流通性较差,其火灾过程中烟气具有遮光性、毒性和高温的烟气聚集等特点。烟气的存在不仅增加了消防工作者的救援难度,还降低了被困人员的逃生几率。本文以降低火灾烟度、机舱温度和烟气浓度为目标,将纳米氧化镁应用到火灾烟气控制中。本论文采用试验研究和理论模拟相结合的方法,研究纳米MgO与烟气的作用。首先基于分子动力学方法,模拟温度为300K,压力为100kPa、150kPa、200kPa、250kPa和300kPa以及压力为300kPa,温度为300K、350K、400K、450K和500K时,多孔纳米MgO对烟气中碳烟颗粒、CO2、CO和O2的吸附量和吸附热的影响。其次,研究碳烟颗粒在多孔纳米MgO的动态吸附过程以及不同数量碳烟颗粒在多孔纳米MgO的分布状态。最后,基于尺寸为1500mm(L)×1500mm(B)×1000mm(H)的密闭试验舱平台,研究不同垂直喷射角度(30°、80°和110°)和不同燃油使用量(20ml、30ml和40ml)时,纳米MgO与烟气作用条件下,密闭舱室烟度、温度和烟气组分的变化规律。研究结果表明:(1)通过Material Studio软件模拟得出压力为300kPa,温度为300K时,MgO对烟气的吸附量最大。此外对碳烟颗粒和CO2的吸附量大于对CO和O2的吸附量。压力为100kPa,温度为300K时,多组分吸附提高了对碳烟颗粒的吸附,吸附量增加了216.05mmol/g,竞争吸附的出现抑制了对气体的吸附量。因物理吸附的无选择性,碳烟颗粒在多孔纳米MgO孔内的分布从单层变为多层。(2)当固定燃油量为40ml,垂直喷射角度为30°时,舱内的烟度变化量为3.2FSN,烟度下降速率最大为51.61%,且1min内的烟度下降值为2.1FSN。当t=30s时1号热电偶温度最低为37.1℃,温度变化率为2.96%。舱内CO2、CO的浓度下降速率分别为13.79%和13.96%,O2的浓度变化小。小角度喷射时气压集中,增加了分子动能,利于纳米MgO快速吸附碳烟颗粒以及烟气。(3)当固定垂直喷射角度为30°,燃油量为20ml时,烟度变化量为2.7FSN,下降速率最大为61.36%。t=30s时9号热电偶温度最低为36.5℃。舱内CO2、CO的浓度下降速率分别为11.11%和20.68%,O2的浓度变化小。燃油量的增加,增大了舱内烟度,温度和烟气组分浓度,但烟度、温度和烟气组分的变化速率低,因此低燃油量条件下更利于吸附。(4)由试验与模拟得出烟度的下降主要是纳米MgO与碳烟颗粒间物理吸附的特点,纳米MgO在碳烟颗粒外表面分层吸附,导致碳烟颗粒下沉。喷射角度为30°时吸附效果最好,舱内烟度、温度、二氧化碳浓度和一氧化碳浓度随之下降。燃油量的增加代表碳烟颗粒数量的加大,不利于纳米氧化镁对碳烟颗粒和烟气的吸附。