池火灾热辐射量化模型对比分析研究

开放环境中池火灾持续时间久,其主要危害是热辐射。池火灾热辐射计算模型主要有点源模型、Shokri-Beyler模型和Mudan模型等。运用Matlab模拟了池火直径和风速对3种模型热通量的影响,以及3种模型热通量随距离的变化趋势,比较研究了有风和无风情况下3种模型热辐射的传播规律,为定量评价池火灾热辐射后果提供参考。     

基于点源模型的拱顶罐池火灾热辐射通量分析

针对目前油品储罐区火灾爆炸事故处置缺少必要理论指导的现状,运用点源模型对常见公称尺寸的拱顶汽油、煤油和柴油储罐全面积池火的热辐射通量进行分析,探讨了油罐直径对点源模型计算结果的影响、水平热辐射通量与总热辐射通量的关系以及相同距离处被辐射目标物接受的热辐射通量随其高度位置的变化.提出了采用罐壁点源方法估算拱顶罐池火灾热辐射通量的建议,推荐采用汽油池火的热辐射通量进行油罐火灾热辐射危险性分析及消防安全设计方面的探讨.     

池火辐射强度计算模型的适用性分析

高温烟气颗粒、二氧化碳和水蒸气是烃类池火中火焰热辐射的主要来源,而点源模型、Shokri Beyler模型和Mudan模型是计算池火辐射最常用的方法。采用这3种模型计算了直径为2 m的乙醇池火的火焰特性,得出了目标位置接受辐射强度和与池火中心距离之间的关系。根据乙醇池火试验的光谱辐射强度,以及通过简化处理计算得到的火焰周围大气环境的衰减系数,采用辐射传热理论计算目标位置处的辐射强度。将不同模型的计算结果与基于试验数据的计算结果对比发现:当热辐射强度小于1.5 k W/m2时,点源模型计算结果比较准确;当热辐射强度大于4.5 k W/m2时,Shokri Beyler模型的计算结果比较合理。在工业火灾的实际应用中,计算辐射对人员的伤害可选用点源模型与Mudan模型;计算辐射对周围建筑物的破坏可选用Shokri Beyler模型。     

气体喷射火灾下热辐射研究

为减少火灾的热辐射伤害和制定合理的作战、疏散方案,借鉴国内外泄漏模型和热辐射模型,考虑到火灾中火焰高度因素,建立压力泄漏-火焰高度-热辐射计算模型,编制了计算程序。对点源辐射模型进行改进,增加火焰宽度的影响,改善了单点源模型的精度,且试验验证了模型的精确性。结果表明:改进的多点源模型比单点源模型能更真实地反映火灾热辐射情况,误差在5%左右。编制的计算机程序,可以实现气体喷射火灾热辐射分布的快速计算。     

黄磷储罐火灾临界安全距离理论分析与数值模拟

基于建筑防火隔离带的设计理念,研究了黄磷储罐临界安全距离的计算方法,将黄磷储罐火灾简化为罐内池火模型,通过理论计算和数值模拟黄磷储罐火灾周边热辐射分布,根据目标可燃物接受到的临界辐射通量是否大于或等于10 kW/m2来确定临界安全距离。研究表明：临界安全距离可通过火焰对目标可燃物接受到的临界辐射通量求得,且理论计算和数值模拟计算获得的临界安全距离基本一致。对于黄磷储罐火灾的防治具有一定的参考价值。     

3m直径煤油池火灾火焰特性的数值研究

为了预测油池火灾的火焰特性,采用CFD模拟技术开展静风状态下3 m直径煤油液池的火灾场景模拟,探讨火焰温度、火焰羽流速度、辐射热通量、燃烧产物质量分数等油池火焰特性参数随高度的变化关系;并结合火焰形态分布,提出一种4区域模型,即将湍流扩散火焰划分为油气混合燃烧区、燃烧火焰区、烟尘区和热烟气区来分析燃烧气流在不同高度的实际物理化学特性。此外,通过经验公式和CFD模拟2种方法分别计算出3 m直径煤油池火灾的火焰高度、火焰表面的辐射通量及热辐射破坏半径,并对计算结果进行比较分析,结果表明:2种方法可互相补充完善,有助于池火灾的热辐射危害性评估。     

烃类流体火灾伤害破坏作用定量分析

对烃类流体火灾的伤害破坏作用进行正确的定量分析是开展重大消防目标火灾风险评估工作的基础。针对烃类流体火灾伤害破坏作用定量分析中存在的问题,系统论述烃类流体火灾伤害破坏作用的定量分析方法,分析并讨论火球、池火、喷射火和蒸气云火灾等不同火灾形式的热辐射通量计算模型及其前提条件,对不同热辐射伤害破坏作用准则及伤害概率模型的适用条件和模型基础进行了论述。     

LNG池火热辐射模型及安全距离影响因素研究

重点对LNG池火热辐射模型,模型应用方式,以及热辐射安全距离的影响因素做了详细研究,给出池火热辐射模型采用及安全距离计算的方法。对常用的热辐射计算模型(点源模型、LNGFire3和PoFM ISE模型)加以介绍,并对3种模型做了对比研究。PoFM ISE模型充分考虑大池火直径时不完全燃烧的因素以及风速对火焰高度的影响,建议当风速大于1.5 m/s,池火直径大于20 m时采用。同时,进一步研究影响LNG池火热辐射安全距离的各种因素,包括池火直径、风速、环境温度和湿度,从而得出不同条件下池火热辐射安全距离的要求。     

火灾爆炸事故后果模型研究

为提高火灾爆炸事故后果模拟的准确性,利用Matlab对比池火灾模型和沸腾液体拓展蒸气云爆炸(BLEVE)模型中热辐射通量与目标至热源的距离的函数关系;分析沸腾液体拓展蒸气云爆炸(VCE)模型计算结果的误差;修正模型存在的错误,建立新的Sachs无量纲超压拟合模型,并进行实例应用。结果表明:用点源辐射模型得到的池火灾事故后果模拟伤害程度远大于用固体烟羽辐射模型得到的模拟结果,美国化学工程师协会(AICh E)模型和不考虑目标阻挡作用模型对BLEVE事故后果模拟在目标距离较远处基本吻合;VCE模型对Sachs无量纲超压拟合的最大误差达4个数量级。用建立的新模型得到的计算结果与Sachs超压吻合较好。     

池火灾热辐射的数值研究

通过列举储罐火灾事故,提出对池火灾进行研究的重要性。介绍目前池火灾国内外的研究现状及发展情况,描述池火灾燃烧特征和模型。应用化学流体力学基本定律,建立了描述池火灾过程的基本控制方程组,并根据适当的条件选择辐射模型。建立物理模型,做出合理假设,确定初始和边界条件,对池火灾热辐射过程进行数值模拟,得出火焰周围入射热流密度分布图,计算出相邻两罐之间的最小安全距离,应用于工程实际中,给防火间距的制定提供理论依据,计算结果定性合理。     

Configuration predictions of large liquefied petroleum gas (LPG) pool fires using CFD method

Liquefied petroleum gas (LPG) has potential pool fire risks due to its flammability. The configuration of pool fires plays a significant role when applying the solid flame model or point source model to assess the risks from heat radiation. However, no existing correlations can precisely predict the configuration of large LPG (100% propane) pool fires. To enhance the fundamental understanding on how pool diameter and wind velocity can influence the configuration of large LPG pool fires, an experimentally validated Computational Fluid Dynamics (CFD) model is employed to simulate fires using different burning rate models. Fire temperature profiles, flame heights, and flame tilts predicted by the CFD model were compared with empirical models and experimental data. Accordingly, new correlations for flame height and flame tilt as functions of pool diameter D and wind velocity u_w have been developed. The comparisons demonstrate that the new correlations have the best overall accuracy in the prediction of flame height and tilt for large LPG pool fires under different conditions (10 m ≤ D ≤ 20 m, 0 ≤ u_w ≤ 3 m·s⁻¹).     

基于微积分的LPG和CNG喷射火模型建立和三维数值模拟

由液体和气体泄漏引发的喷射火灾事故屡见不鲜,而现有的喷射火模型却有诸多缺陷。将喷射火形状近似为圆锥,鉴于液体和气体的泄漏速度随压强和温度均有变化、点源离地面会有一定高度、风速对火焰倾角也有影响、圆锥喷射中心线上每个点源对目标的热辐射均不同等实际情况,新建液体和气体扩展半径的计算方法,引入风速对火焰高度和火焰偏角的作用,比较AGA法和Thornton模型,发现AGA法更加符合实际,再利用微积分原理建立三维点源喷射火模型,展示火焰形状对目标的影响,从而得出热辐射的最终危险性。最后以LPG和CNG储罐喷射火事故为例进行对比验证,首次模拟出喷射火的形状,更清晰准确地展示了目标入射热辐射通量随目标点位置的变化和危险范围,可为火焰阵面处的消防安全决策提供参考。     

煤油贮罐区火灾危险性评价

运用“池火灾伤害数学模型”,评价煤油罐区发生火灾爆炸事故的危险性,计算火灾事故后果,造成人员伤害、财产破坏的范围和程度。     

古城镇建筑火灾门窗洞口热辐射特征研究

为探究古城镇建筑的火灾热辐射规律,有效防范火灾,为古城镇建筑消防改造提供参考,以某城中村古建筑为例,运用热辐射理论原理,分析了建筑火灾时门窗的正对位和非正对位的热辐射特征,总结出古城镇建筑火灾时洞口和外立面热辐射的一般规律:正对位辐射时,接收面辐射通量大小随建筑木制外立面门窗洞口的增大而增加,存在安全距离;非正对位辐射...     

龙柏树冠火对相邻建筑的辐射特性研究

我国城市绿化覆盖率快速增长,带来了植被与建筑混合区域的火灾隐患。以常见城市绿化树种龙柏为研究对象,开展了单树树冠火对其相邻建筑的热辐射规律实验研究,测量了不同间距情况下建筑物一层和二层窗户位置的辐射热流密度,并在圆柱火焰模型的基础上,将圆柱火焰分为下层的稳定火焰区和上层的间歇火焰区,提出了分层圆柱火焰模型。结果表明,分层圆柱火焰模型可以准确描述树冠火辐射热流密度最大值随高度和距离的增加而递减的变化趋势。单一圆柱火焰模型理论的结果表明竖直方向上热流密度随高度变化不大,未能准确描述辐射热流密度竖向变化规律;分层圆柱火焰模型计算的辐射热流密度比单一圆柱火焰模型更符合实验结果,能更好地预测安全距离。     

火球热辐射改进计算模型

为对火球热辐射影响范围进行合理的计算和危险后果进行合理评价,借鉴点源模型和计算流体力学CFD思想,建立了火球热辐射改进计算模型,并与点源模型进行了对比。结果表明:改进模型比传统的点源模型计算结果偏大,特别是距离火球较近处。随着半径的增加,2种模型的计算结果趋于统一。当测量点的半径大于火球半径的2倍时,可以使用点源模型进行热辐射量的计算,满足工程精度要求;在近火球位置,点源模型精度较差,须用改进模型进行计算。建立的改进计算模型可以实现火球热辐射的快速计算,是有效、可行的。     

不同通风条件下柴油池火的实验研究

为了分析不同通风条件对柴油池火燃烧特性及引燃特性的影响,进行205 mm带水垫层柴油池火的引燃实验,通过对池火燃料的质量损失速率、火焰高度、温度及热辐射等的监测,分析通风环境中柴油池火的热传递规律。结果表明:当风速为0.5 m/s时,火灾进入旺盛阶段的时间提前,火焰平均温度最高;当风速为1 m/s时,风速的增加导致油池火的质量损失速率增加,位于主火源下风向的待引燃火源获得的热辐射通量增大,火灾旺盛阶段火焰的平均温度降低,火焰高度降低,下风向相邻油盘引燃的时间提前;1 m/s情况下,205 mm带水垫层柴油池火的安全间距需增加到1D以上;通风环境对池火发展及蔓延的影响是显著的,应适当加大下风向可燃物的安全间距,合理选择通风排烟风速,优化火灾应急救援策略。