烃类池火灾热辐射量化分析模型探讨

为澄清有关烃类池火灾热辐射量化分析模型选择中存在的问题,针对"池火计算方法"模型进行量纲分析和物理意义方面的讨论,提出该模型在概念使用、量纲关系、热释放速率的计算以及池火焰模化等方面存在的问题。系统阐述点源模型、Shokri-Beyler模型、Mudan模型等常用烃类池火灾热辐射通量分析模型的适用条件和应用范围。点源模型适用于被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量小于5 kW.m-2情况下池火灾热辐射的量化分析;Shokri-Beyler模型主要应用于估算被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量大于5 kW.m-2的情况;Mudan模型可用于估算无风或有风条件下被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量。     

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。     

LPG喷射火灾危害的研究和分析

分析了LPG喷射火的形成原因及常见发生部位。提出分别以点源模型和固体火焰模型计算火灾热辐射,并比较了其优缺点。分析了喷射火对人员及设备的热辐射伤害效应。将火灾热辐射和热辐射伤害阈值结合起来,定量地分析LPG喷射火的危害及引发次生灾害的可能性,最后进行了实例计算分析。     

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.     

管道压力对天然气射流火热辐射灾害的影响

天然气管道时常受到破坏,并诱发巨大的射流火焰,可能引燃周围建构物体。系统地分析了管道压力对天然气射流火热辐射灾害的影响,以建立天然气射流火热辐射灾害的系统定量分析方法。基于压力管道小孔泄漏模型和权重-多点源热辐射计算模型,建立了目标物体最大入射热辐射通量、管道压力和目标物与泄漏小孔水平距离的定量关系式。进而选定10 k W/m~2和31.5 k W/m~2作为城镇建筑物遭受引燃和机械破坏的热辐射通量阈值,得到了不同管道压力下天然气射流火热辐射灾害范围。计算结果表明,GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》依据管道压力所规定的燃气管道与建筑物的安全间距不能完全满足天然气管道破坏时射流火焰的安全要求,与某武汉天然气管道射流火事故后果一致。     

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。     

水下气体泄漏海面火灾后果预测及评估

为评估水下气体泄漏在海面形成的火灾后果,针对某海洋钻井平台上风向浅层气井喷导致的火灾场景,构建水下泄漏海面气体火灾后果预测与评估模型;模拟分析风载荷作用下的海面气体火灾演化过程,预测火灾高温和热辐射通量的时空分布特征;评估海面气体火灾对临近下风向海洋钻井平台钢结构及作业人员安全的影响。结果表明:海面气体火灾在风载荷作用下约40 s达到稳态,稳态火焰几乎覆盖整个海洋钻井平台上部,最大火焰高度约96 m;整个海洋平台都会受到火灾高温和热辐射的影响,火灾影响区域的最高温度达到1 500℃,热辐射通量为539 kW/m~2;持续的高温和热辐射作用会使平台钢结构发生断裂或坍塌,造成作业人员严重伤亡。     

碳氢燃料泄漏火灾火焰热辐射强度估算

介绍了一种关于碳氢燃料泄漏火灾火焰热辐射强度的估算方法,并运用具体实例进行了验证。同时,还提出了一定强度的火焰热辐射造成对人伤害所需时间的计算方法。     

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。     

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。     

比较FDS和FLUENT在池火灾模拟中的应用

热辐射是池火灾燃烧的主要危害之一,可能导致人员伤亡或设备设施损坏。油罐火灾是典型的池火灾。本文通过对无风情况下油罐火灾火焰形状进行理论模型分析,建立了各自的物理模型和几何模型。应用计算流体动力学软件Fluent和火灾动力学模拟软件FDS,对无风情况下池火灾对周围大气环境的热辐射强度进行模拟,得到了火焰周围入射热流密度分布图,运用软件Statistica拟合得出热辐射强度与距离火焰中心的水平距离的对应关系,分别计算出轻伤半径区域下的最小安全距离。数值模型模拟结果与池火灾经验模型进行比较,发现FDS辐射强度结果与经验模型结果吻合较好。分析了利用这两种模型模拟油罐火灾各自的优点和缺点,最后提出了运用FDS软件模型模拟油罐火灾时的优势。     

城市公路隧道火灾近火源区长度的研究

为对近火源区长度进行研究,以城市公路隧道为研究对象,采用理论分析与数值模型相结合的方法,探究了大火源功率、有效顶棚高度和火源横向位置对近火源区长度的影响,对36个工况的数值模拟和温度场变化规律的研究与分析。结果表明:火焰未撞击顶棚时,火源功率对近火源区长度几乎没有影响;当火焰持续撞击顶棚并形成水平扩展火焰时,近火源区长度受火源功率和有效顶棚高度影响较大,其无量纲形式与无量纲火源功率的2/3次方呈线性关系;随着火源与侧壁距离的减小,近火源区长度呈自然指数增加趋势;火源贴壁时,近火源区长度是火源位于隧道中部时的1.866倍;提出了近火源区长度预测模型,基本揭示了烟气由过渡阶段转入一维蔓延阶段起始位置的变化规律,能够为定量研究各阶段烟气流动特性提供参考依据。     

障碍物对天然气喷射火影响的数值模拟研究

为研究障碍物控制天然气喷射火对周围设施危害的有效性,基于流体力学基本原理与湍流模型,采用FDS模拟软件,分别研究高度为10 m的障碍物宽度和障碍物与泄漏孔间距对喷射火的影响。研究得出:障碍物对喷射火阻挡效果明显,减缓了火焰在速度方向的传播;障碍物越宽,控制火焰向前传播的效果越好,障碍物后方受火焰高温和热辐射危害越小,但随着宽度的增加,后方温度和热辐射下降率减小,障碍物宽3 m时,对火焰控制效果最好;随着障碍物与泄漏孔间距增加,障碍物后方热辐射先增加后减小,间距为5 m时,障碍物对火焰的控制效果最好,此时喷射火下游受保护的区域最宽。研究结果可为储气罐发生泄漏火灾事故处置及应急设施设计提供参考。     

阵列燃烧诱发火焰融合的判据及其可行性研究

为了探究一种判定多火源等间距阵列燃烧时火源参与火焰融合程度的判据,基于多火源等间距阵列燃烧试验,获得n×n(n取3~7）阵列各火源层在不同火源间距条件下的无量纲平均燃烧速率,采用自定义拟合的方法,拟合出各火源层的无量纲平均燃烧速率随无量纲火源间距的变化曲线,将所得拟合曲线与火源参与火焰融合的临界值曲线相交,便可得到各火源层的临界无量纲火源间距值。分析该值,发现其与火源层数呈良好的线性关系,且此线性直线与试验结果吻合度较高。从而,获得一种应用无量纲火源间距判定阵列火源参与火焰融合程度的简易判据。     

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。     

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。