天然气管道泄漏喷射火燃烧特性研究

针对天然气管道泄漏发生喷射火事故,采用动态火灾软件FDS进行天然气管道泄漏喷射火数值仿真,结合固体火焰模型分析了火焰几何特性、温度与热辐射空间分布等关键参数,依据温度与热辐射伤害准则确定了危险区域范围;并对比不同风速和泄漏孔径下火灾事故的危险范围,研究风速和泄漏孔径对火灾事故的影响程度。结果表明:热辐射是火灾后果的主导因素,25.4 mm泄漏孔径喷射火灾充分燃烧时,其火焰最高温度为1 200℃,喷射口25 m以内为危险区域,随风速增大,温度伤害范围略有增大,热辐射伤害范围显著增大;泄漏孔径变化对喷射火事故后果的影响与风速变化的影响相同,但泄漏孔径对事故后果的影响更为显著,泄漏孔径从6.35 mm增大至25.4 mm和101.6 mm,人员温度伤害半径分别增大2.71倍和10.42倍。最后,结合仿真结果,提出了具有针对性的喷射火应急防控措施。     

煤矿火灾过程仿真模拟系统的研究

以煤矿火灾理论和仿真模拟理论为基础，建立了描述煤矿火灾烟流扩散和风流状态的数学模型。运用面向对象技术和三维虚拟现实技术，开发了煤矿火灾过程三维动态仿真模拟系统。该系统通过逼真、形象的三维可视化，模拟火灾发展趋势，实现了火灾数值模拟与灾害现象真实描述的有机结合，为煤矿火灾影响范围和危害程度的预测提供了切实可靠的决策依据。     

基于Fluent的城镇中低压燃气管线喷射火事故的后果研究

为了对城镇中低压燃气管线喷射火事故进行有效的风险评估,根据典型事故案例创建了城镇路面埋地燃气管线泄漏场景,建立模型并划分网格,使用Fluent进行模拟计算,得到了不同泄漏口孔径、不同泄漏口形状、不同管内压力等工况下喷射火的火焰长度、火焰中心面温度分布和临近区域内的热流密度,并通过分析不同工况下的火焰形态和热辐射分布,探讨初始条件对事故后果的影响程度。结果表明:此类型喷射火长度可达数十米,火焰最高温度为2 000 K左右,最高温度位置的高度不超过火焰长度的30%;下风向的热流密度较其他方向更强;在50 mm的泄漏口孔径和0.38 MPa的管内压力下,泄漏口为梭子形,较泄漏口为圆形时的热流密度在下风向整体大15.2%。最后,根据模拟结果构建了快速风险评估模型。     

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。     

基于后果的氢气管道泄漏典型事故风险分析

根据高斯羽流、固体火焰模型及TNT当量法,得到针对氢气的扩散、热辐射与超压的后果模型。以我国某氢气管道为例,计算求解后果模型,分析了不同泄漏孔径、不同泄漏喷射角度的氢气管道泄漏典型事故后果,并揭示氢气泄漏扩散、喷射火与爆炸演化原因。量化了氢气管道泄漏的潜在影响半径,发现氢气管道风险大于天然气管道,为氢气管道早期设计与安全运行提供了理论支撑。     

基于VR技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件设计

为了研究大型储罐事故后果的严重性，针对大型储罐火灾爆炸试验难以实施的情况，以虚拟现实技术为研究手段，重现大型储罐火灾和爆炸事故过程；通过对储罐火灾和爆炸事故进行理论分析，优选出大型储罐火灾爆炸事故后果数学模型；基于某商业原油储备库布置，利用3Ds Max软件对库区进行建模，结合Qt界面编写技术和OSG粒子效果技术进行交互式设计，划分火灾和爆炸2大仿真模块，设计各模块下属基本功能，形成1套基于真实场景的大型储罐火灾爆炸事故后果三维仿真模拟软件。研究结果表明:基于VR技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件具有较强的沉浸感和交互性等特点，能够实时仿真大型储罐火灾爆炸事故动态演变过程，降低大型储罐火灾爆炸试验成本，同时为制定事故应急预案和应急处置措施提供科学参考。     

基于FDS的天然气集气站分离器喷射火特性仿真研究

天然气集气站火灾事故对集气站安全生产构成严重威胁,研究集气站内关键设备泄漏引发的火灾特性具有重要意义.基于大涡模拟(Large Eddy Simulation)数值方法,针对分离器内介质成分、相态等参数特殊性,采用火灾动力学模拟软件FDS建立集气站卧式气液分离器喷射火模型,对分离器典型泄漏孔径下的喷射火进行数值仿真,研究其火焰几何特性、火场温度及热辐射特性.结果表明,随分离器泄漏孔径的增大,喷射火火焰长度及火焰最大宽度也相应增大.大、小两泄漏孔径的喷射火在充分燃烧区域火焰最高温度分别为1 525 ℃和1 065 ℃.大孔径泄漏的喷射火热辐射值明显高于小孔径,并由于湍流浓度脉动的作用导致热辐射值波动较大,喷射火火焰轴向对称面与相距1.5 m的侧平面上测点热辐射峰值之比与泄漏孔径成正比.根据模拟结果,定量分析了两泄漏孔径下喷射火的危险距离,并提出相应的事故控制措施.     

CNG加气站事故后果分析方法研究

根据CNG加气站系统运行的实际情况,将CNG加气站中易发生泄漏的设备分为管道阀门、挠性连接器、压缩机、储气设备、放散管5类。建立了CNG泄漏的事件树,将CNG加气站的事故后果类型概括为喷射火、闪火、蒸气云爆炸。总结了CNG加气站事故后果的计算模型,采用美国环保局的ALOHA软件确定事故后果的影响范围。综合运用该两种方法对喷射火和蒸气云爆炸的事故案例进行对比研究,结果表明,计算结果基本一致。该两种事故后果分析方法为CNG加气站安全管理和安全规划提供依据。     

基于Unity3D的L-CNG加气站事故仿真研究

为了提高员工对站内储罐事故后果的认识,采用灾害机理和灾害效果仿真相结合的方法,在选取泄漏、火球热辐射及爆炸冲击波机理模型并建立L-CNG加气站三维场景的基础上,分别计算火球热辐射和爆炸冲击波的伤害半径,并用Unity3D中的粒子系统模拟了泄漏、火焰、爆炸事故后果及伤害范围,最终开发了一套基于Unity3D平台的事故仿真系统,直观呈现灾害影响范围,对L-CNG加气站的选址及应急方案的制定具有重要意义。     

天然气管道泄漏孔形状对喷射火影响模拟研究

为研究天然气管道泄漏孔形状对喷射火特性的影响,基于流体力学基本原理与Thornton火焰模型,采用火灾动态模拟软件(FDS),对比研究面积为0.058 m~2的正方形泄漏孔与长方形泄漏孔的喷射火基本特性以及这2种泄漏孔喷射火的危害范围。研究得出:喷射火特性和危害范围明显受泄漏孔形状影响,泄漏孔形状不同,喷射火尺寸、温度场及辐射场有明显差异;正方形泄漏孔喷射火焰在水平面上呈椭球形分布,高温和热辐射影响区域在垂直于管道方向更宽,喷射速度方向的危害范围较大;长方形泄漏孔喷射火焰在水平面上接近球形分布,高温和热辐射影响区域在泄漏孔长边所在方向更远,且危害范围更宽。     

Research on 3D dynamic visualization simulation system of toxic gas diffusion based on virtual reality technology

A three-dimensional (3D) model of toxic gas diffusion was advanced based on Monte Carlo method with the presupposition that toxic gas diffusion process can be considered as random walk process of a large number of toxic gas particles. Compared to other existing models, this model includes analysis of both movement and non-movement attributes of toxic gas particles, and can well meet the need of dynamic simulation. Then, a 3D gas diffusion visualization scene management subsystem, including leak hazard source (tank), leak background (ground and sky) and surroundings near the leak area, was developed based on virtual reality (VR) technology. In this system, diffusion scene can be designed in accordance with the reality, which embodies the reunification between VR technology and engineering application. Finally, according to OpenGL particle system theory, by using Delphi and OpenGL as main programming tools, the diffusion simulation subsystem of toxic gas diffusion process and real-time concentration prediction and consequence simulation subsystem was completed. Application shows that by using VR technology in the accident consequence simulation, the whole system is of real-time, lifelike and visual characteristics, which not only embodies the great engineering value of virtual reality technology in the field of safety engineering, but also provides references for accident impact prediction, assessment and emergency plan.     

基于Vega的灭火救援视景仿真研究

Vega是目前流行的虚拟现实应用程序开发环境,与Vega环境相关的应用程序还有三维建模工具Creator和人物仿真软件DI-GUY.在基于虚拟现实技术的灭火救援模拟训练系统中,救援场景的视景仿真是其重要组成部分.本文分析了基于Vega的软件平台开发灭火救援视景仿真系统的可行性,论述了在开发仿真系统过程中的一些关键技术,包括数据处理流程、三维建模、Vega软件的二次开发等.结论表明,利用Vega技术开发灭火救援视景仿真系统的方法是切实可行的.     

3D可视化石化装置安全管理系统的开发

本文介绍了3D可视化石化装置安全管理系统构成、功能和实验途径，该系统将三维激光扫描和GIS技术运用于石化行业，通过数据处理建立石化装置测绘级精度、全尺寸、全真实体的三维数字模型，并通过添加GIS信息和设备属性信息，实现石化装置5D可视化管理、分层管理、设备检维修和施工改造模拟、事故影响范围及应急救援最佳路径模拟、工作人员仿真培训等安全管理模块，为石化企业设备管理提供了新的技术平台。     

基于GIS天津市燃气管网预警系统的构建研究

基于GIS的原理,结合燃气事故的致因及其后果,对燃气泄漏模型、扩散模型、火灾及爆炸后果模型进行完善和改进,建立了燃气事故预警模型;通过Visual C++编程,借助ARCGIS平台将燃气事故预警模型与天津市燃气管网GIS相结合,构建了基于GIS的天津市燃气管网预警系统。该系统应用结果显示:由燃气事故预警模型计算得出的事故后果,通过GIS地理空间数据库和模型库的链接,实现了燃气泄漏点的可视化预警分析;并根据分析结果启动相应应急预案,实现了事故预警实时分析与应急预案启动的联动功能,为相关决策者提供了可靠决策依据。     

基于三维可视化与虚拟仿真技术的综采工作面生产仿真研究

针对现阶段煤矿从业人员生产培训中存在的不足,以淮南矿业集团潘三矿1622综采工作面为例,引出了基于三维可视化与虚拟仿真技术的综合机械化采煤虚拟仿真系统的设计与开发,利用3D MAX三维建模软件对矿区地形、地质及综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机等生产机械设备进行三维模型的创建,并结合Converse3D虚拟现实制作软件对系统的界面UI和交互进行设计,提出了系统设计开发的完整流程。通过在潘三矿的应用结果表明:基于三维可视化及虚拟仿真技术开发的综采工作面虚拟仿真系统具有易学性、真实性和交互性等特点,能够快速激发工人的学习兴趣,大大降低了工人安全培训的时间。同时,也为工业生产的实时仿真,提供了新的研究方向。     

钱家营煤矿火灾系统报警功能的实现

钱家营煤矿火灾系统报警可视化软件,实现了人机对话,并创造性地实现了监视控信息和通风网络信息在立体示意图上图形和数字动态交互显示,实现了井下火灾发生时的声音报警和图示报警功能。     

基于X3D技术的化学灾害事故处置在线培训系统

从消防部门处置化学灾害事故训练需求出发,采用基于Web的虚拟现实和智能组卷技术,设计并实现了一种化学灾害事故处置在线培训系统。按照化学危险品在储存、运输、生产环节中发生泄漏、燃烧和爆炸等事故类型进行分类,提供了危险源理化性质、事故特点及危害性分析、灭火救援行动措施等知识的在线学习和考试功能。在技术实现方面,采用互联网Web3D标准X3D技术,以三维方式模拟事故场景和表现知识内容,为用户提供了一个网络化、沉浸式的三维互动学习模式和环境。系统的设计和实现为化学灾害事故处置培训工作网络化、培训内容系统化、表现形式多样化提供了一种新的思路。     

飞行数据可视化技术研究

针对航空器事故调查和不安全事件分析的结果及改进的需要,研究基于FDR/QAR/DAR/CVR的数据可视化技术。提出基于飞行仪表布局语言(FILL)的仪表模型构建与驱动的技术方案,解决FDR/QAR/DAR记录数据的导入与修正处理、不同分辨率三维地形的生成与显示以及飞行数据与驾驶舱话音同步播放等问题。实践证明,利用数据可视化技术所构建的包括飞机、航迹、仪表、地形、跑道、航图等元素的三维图形飞行环境集成再现了飞行过程,为事故调查和事件分析提供了科学有效的辅助分析工具。     

基于人机交互通信的重大危险源实时监测系统

阐述MSComm控件实现串行通信的两种方式和一般步骤,基于该原理和方法,将其应用于重大危险源状态参数(温度、压力、浓度等)的实时监测,在GIS集成的区域重大危险源事故后果三维动态可视化仿真系统与MSComm控件的串行通信技术相结合的基础上,设计了友好的人机交互界面,开发了重大危险源实时监测系统。通过在主控机上测试试验,其结果表明:该系统对重大危险源安全状态参数进行实时采集及动态可视化是成功可行的;实现人机友好交互通信,可增强系统的可视直观性和灵活性,使监测、预报、预警、预控形成一体化,从而提高重大危险源的监管水平。