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。     

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。     

LNG加注趸船安全距离确定方法研究

为确定液化天然气(LNG)加注趸船与周边建(构)筑物的安全距离,对趸船LNG储罐和加液臂泄漏后果进行数值模拟计算。利用FLACS软件,计算不同泄漏场景LNG气云扩散距离;采用自主开发的LNG火灾计算软件LNGFHR+计算趸船储罐泄漏和加液臂泄漏池火热辐射强度的影响距离。结果表明:LNG泄漏量、气象条件、风向等均会对LNG气云的扩散距离产生影响;储罐泄漏池火热辐射影响距离大于加液臂的影响距离。根据计算结果,确定LNG加注趸船与重要公共建筑物的安全距离为120~150 m,与民用建筑物的安全距离为85~110 m,与生产厂房、库房和甲、乙、丙类液体储罐的安全距离为90~110 m。     

油罐池火灾热辐射临界距离研究

为了研究油罐火灾热辐射对普通人和消防员的临界伤害距离及相邻油罐的临界失效距离,基于双区域池火模型运用PHAST软件模拟油罐发生池火灾事故,分析热辐射距离随风速、油罐容积和大气稳定度3种因素的变化趋势,讨论3种影响因素对临界距离的影响.结果表明,风速和油罐容积均会显著影响3种临界距离,而大气稳定度对3种临界距离的影响可以忽略.《建筑设计防火规范》中规定的防火间距能满足相邻油罐火灾安全要求,但容积大于等于2 000 m3着火油罐灾难性破裂所需时间均小于《石油库设计规范》中联防消防车的响应时间,导致发生防火堤内火灾的可能性增加,因此建议修改《石油库设计规范》中联防消防车的响应时间.     

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。     

LNG储罐泄漏火灾爆炸事故后果定量分析

分析了目前用于定量预测LNG储罐泄漏火灾爆炸事故后果的三种主要计算模型,并基于ALO-HA软件对LNG储罐泄漏导致的火灾爆炸事故后果进行了定量评估,深入分析了风速、泄漏部位对LNG储罐泄漏事故的影响.结果表明:①在蒸汽云爆炸模型条件下,可燃区域和爆炸冲击波伤害区域随风速的增大先增大后减小,风速为7 m/s时达到最大值;随泄漏点与储罐底部距离的增大而减小;②在池火模型条件下,热辐射伤害区域随风速的增大先增大后减小,风速为10 m/s时达到最大值;随泄漏点与储罐底部距离的增大而减小;风速使该区域向下风向方向偏移,且偏移程度随风速增加而增加;③在沸腾液体扩展蒸气云爆炸模型条件下,风速和泄漏源位置变化对热辐射伤害区域形状和面积定量计算结果没有影响.     

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.     

100号航空汽油池火燃烧特性试验研究

从燃烧速率及热释放速率、火焰脉动特征、热辐射特性等方面研究了100号航空汽油池火的燃烧特性.通过电子天平实时采集数据并进行处理得到池火燃烧速率,利用全尺寸热释放速率测量系统测量池火热释放速率,通过图像处理技术对池火脉动特征进行分析,通过在火焰一定距离处布置热流计得到池火热辐射特性相关参数.结果表明:100号航空汽油池火稳定燃烧速率大于普通汽油燃烧速率,最大燃烧速率和衰减因子均大于普通汽油参数值;小尺寸池火热释放速率不稳定,随着油池尺寸的增大,热释放速率稳定性增强;池火火焰周期性脉动现象非常明显,脉动频率试验值与Pagni公式预测值接近;在油池液面高度产生的辐射强度随着无量纲距离L/D的增大呈指数衰减,拟合得到的曲线公式所对应参数值与油盘等效直径呈线性关系,通过此关系得到100号航空汽油池火热辐射统一方程.     

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。     

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。     

Numerical simulation of small-scale pool fires of LNG

Liquefied natural gas (LNG) has been largely indicated as a promising alternative solution for the transportation and storage of natural gas. In the case of accidental release on the ground, a pool fire scenario may occur. Despite the relevance of this accident, due to its likelihood and potential to trigger domino effects, accurate analyses addressing the characterization of pool fires of LNG are still missing.In this work, the fire dynamic simulator (FDS) has been adopted for the evaluation of the effects of the released amount of fuel and its composition (methane, ethane, and propane), on the thermal and chemical properties of small-scale LNG pool fire. More specifically, the heat release rate, the burning rate, the flame height, and thermal radiation, at different initial conditions, have been evaluated for pool having diameter smaller than 10 m. Safety distances have been calculated for all the investigated conditions, as well.Results have also been compared with data and correlations retrieved from the current literature. The equation of Thomas seems to work properly for the definition of the height over diameter ratio of the LNG pool fire for all the mixture and the investigated diameters.The addition of ethane and propane significantly affects the obtained results, especially in terms of radiative thermal radiation peaks, thus indicating the inadequacy of the commonly adopted assumption of pure methane as single, surrogate species for the LNG mixture.     

纵向风对隧道火灾拱顶最高温度及其位置的影响

研究了燃烧风洞内不同纵向风速、不同火源功率条件下,隧道近火源区顶部温度沿纵向分布情况。结果表明,纵向风对不同尺寸火源条件下的顶部温度的影响呈不同特征。对较小尺寸火源,隧道顶部温升随风速增加而减小至稳定值;而对较大尺寸火源,顶部温升随风速增加先增加后减小。对于矩形火源,当纵向风较小(0.5~1.5m/s)时,长边平行于纵向风时顶部最高温升大于长边垂直于纵向风的情况;而当纵向风较大(≥2 m/s)时,两种油盘放置方式的顶部最高温升一致。纵向风作用下,顶部最高温升位置向下游呈现"两次移动"特征,即随着纵向风速增加该位置先向下游移动,当风速达到某一值时,隧道拱顶的加热机制由对流和辐射共同主控转变为辐射单独主控,最高温升位置突变回到上游后再次逐渐向下游移动。     

甲苯池火灾热辐射数值模拟

文中用CFD技术对甲苯池火灾进行数值模拟,首先对甲苯火焰进行数值计算,得到在稳定的横向风条件下,甲苯燃烧的峰温、产物组分、瞬时速度等火焰特征参数以及其空间分布情况：火焰温度的最高点在对称面y=0上,最高温度为1778K,火焰倾斜角度为26°（与竖直方向夹角）,火焰高为22.5m。然后应用CFD软件F luent对池火灾进行热辐射模拟,模拟结果表明：对于锰钢材料、内径为20m甲苯储罐,稳态有风池火灾情况下,相邻两储罐之间安全距离在上风向为59m,下风向为72m。由于描述燃烧过程和湍流情况的数学物理模型还不太完善、对大气状况的简化等原因,结果偏保守,文中对此进行了分析讨论。此项研究为CFD技术研究碳氢化合物火灾的一个尝试。     

古商业街木结构建筑防火间距的数值模拟研究

古商业街木结构建筑较多,防火间距先天不足,发生火灾后蔓延迅速,有必要开展木结构建筑引燃特性研究以获得合理的防火间距设置参数.以古商业街为研究对象,以临界温度和热辐射强度作为着火建筑对面木结构建筑被引燃的判定指标,综合考虑环境风速、建筑间距、火源功率、喷淋系统等因素,运用火灾动力学模拟软件FDS分析系列火灾场景下的温度和...     

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).     

Computational fluid dynamics (CFD) study of heat radiation from large liquefied petroleum gas (LPG) pool fires

Liquefied petroleum gas (LPG) is flammable and has risks of pool fires during its transportation, storage, and applications. The heat radiation by LPG pool fires poses hazards to individuals nearby and can lead to potential failures of ambient facilities. Due to the high costs and invasive nature of experiments for investigating large-scale pool fires, computational fluid dynamics (CFD) is employed in this study as the cost-effective and noninvasive method to simulate the process and analyze the characteristics of large hydrocarbon pool fires. Specifically, an experimentally validated 3-D CFD model has been built to simulate surface emissive power (SEP) and incident radiation of large-scale LPG pool fires with three different diameters and wind speeds. Steady-state simulations with P1 radiation and probability density function (PDF) combustion models were employed to obtain reliable data after the optimizations based on the comparisons with experimental data and empirical models. The comparison with benchmark experimental data demonstrates that the CFD model employed in this study can accurately predict the incident radiation of large LPG pool fires. A new SEP correlation is also proposed, which is specifically for LPG pool fires with a diameter between 10 m and 20 m. Additionally, the safe separation distances between LPG facilities and surrounded objects have been estimated based on the CFD simulation results. The high-resolution CFD model for large LPG pool fires in this work provides noninvasive and direct quantitative evidence to enhance the fundamental understanding on the safety of large LPG pool fires and can assist regulatory agencies in refining the safety limits in the cost-effective and time-saving manners.     

液化天然气加注船安全定量风险分析

液化天然气（LNG）加注船是一种为LNG动力船提供燃料的新型船舶,国内目前尚处于起步阶段,缺乏相关安全标准和规范。采用国际定量风险评价（QRA）的通用理念,研究适用于我国LNG加注船的安全评价方法,提出具体实施步骤和依据准则,并以国内某LNG加注船作为实例分析说明。建立加注船LNG火灾事故树,确定相关火灾事故概率;研究适合加注船火灾事故后果的方形火焰模型,以及LNG火灾热辐射对人体伤害的计算方法;参考国际海事组织（IMO）的风险准则,确定LNG加注船个人风险和社会风险;最后与按NFPA-59A计算的防火间距作对比分析。通过计算,例中加注船的风险位于须采取相关安全措施的ALARP区域,风险控制区域半径20m。若按NFPA-59A要求计算防火间距,该加注船对外部须划定半径52m区域作为安全区域,且须将船身增长37m以满足内部防火要求,在实际工程中无法实现,相比较QRA方法更适合我国LNG加注船的安全评价工作。     

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。