同沟敷设条件下埋地高压长输管道爆炸危害的试验研究

为了得到埋地长输管道物理爆炸对同沟管道及周围环境的影响,通过进行埋地全尺寸管道爆破试验,研究了在役长输管道断裂爆炸对同沟敷设管道造成的破坏程度,对周围人和建筑造成的伤害范围;并对爆炸能量进行了估算。结果表明,在12 MPa管道压力下,埋深1.5 m的管道于侧面完全断裂爆炸对距离为0.96 m的管道并未造成较大程度的破坏,管道爆破冲破土层后的物理爆炸冲击波引起的伤害范围比抛射物的伤害范围小得多;估算结果表明,管道物理爆炸产生的TNT当量约为20.6 kg,但产生冲击波的能量只占30%,危害范围较小。因此,同沟敷设管道0.96 m间距在试验条件下可以满足管道物理爆炸的安全要求;对周边环境危害需要重点关注抛射物的抛射范围、抛射规律,综合考虑确定安全范围。     

深井铸造熔融铝泄漏遇水爆炸破坏影响研究

为深入理解熔融铝液遇水爆炸的机制,量化爆炸引发的破坏影响,从物理蒸汽爆炸和化学氧化反应爆炸引起的超压破坏,以及爆炸碎片飞行距离3个方面分别建立数据模型和计算分析,详细阐述不同计算量的熔融铝液遇水反应爆炸引发的超压破坏所造成的人员和建筑物损害,讨论不同抛射角度下爆炸碎片飞出距离所产生的影响范围,从而更加直观的认识爆炸带来的破坏影响。研究结果表明：熔融铝液遇水发生爆炸事故中,破坏性最大的是化学爆炸,其次是物理爆炸,最后是由爆炸引起的碎片抛射;且在相同的抛射初速度下,碎片以30°的抛射角飞出的水平距离最远。     

基于蒙特卡洛法的储罐爆炸碎片冲击失效模型研究

为定量研究相邻储罐间爆炸碎片冲击的多米诺效应,基于蒙特卡洛方法建立爆炸碎片冲击失效模型。该模型共包括爆炸能量与碎片初始速度、考虑风速及碎片初始位置的碎片三维抛射轨迹、空气阻力、碎片冲击穿透等4个分步模型。基于上述模型,研究储罐爆炸后碎片的初始状态、抛射轨迹以及对相邻储罐的冲击效应。在数值模拟结果的基础上,用储罐最高允许工作压力代替泄放装置的泄压压力来计算爆炸压力,绘制碎片质量及初始速度的直方图,定量分析储罐间距对击中概率的影响。结果表明,热辐射、超压和碎片冲击3种能量作用方式均可能导致储罐间火灾爆炸事故多米诺现象发生,但爆炸碎片冲击导致相邻罐失效的概率较低。     

高速公路丙烷罐车爆炸事故的后果分析

本文针对公路丙烷罐车爆炸事故的实例,对事故发生的原因进行了分析.分析结果认为,事故属于沸腾液体扩展蒸汽爆炸(BLEVE),事故对人员和财产危害包括3个方面:火球热辐射、爆炸冲击波超压和抛射碎片.本文介绍了这3种危害的数学模型和方法,并针对事故实例进行了分析和计算.结果表明,在事故发生现场100m范围内的热辐射可致人死亡或造成三度烧伤;冲击波超压在80m范围外会使玻璃破碎,但无人员伤亡;抛射碎片在334 m的范围内都可能对人体造成伤害.由此,可以得出火球热辐射是事故中最主要危害的结论.     

BLEVE事故后果分析软件化实现

对BLEVE的三种主要灾害模式,火球辐射、超压以及碎片抛射进行了研究,研究总结了各自的灾害计算模型及相关的伤害准则,采用STATLSTICA6．0对火球直径、持续时间进行了重新拟合,给出了爆炸能量计算模型中不确定性参数的选取方法,对碎片抛射的各个不确定性参数的分布进行了总结。根据总结得出的模型,采用VB6．0编制了BLEVE事故后果分析软件,并分别以球罐、丙烷的热BLEVE算例及卧罐、二氧化碳的冷BLEVE算例对软件的计算功能进行演示。     

储罐爆炸碎片最可能抛射距离的Monte-Carlo(蒙特卡罗)数值模拟

在总结前人工作的基础上,推导了储罐爆炸碎片抛射距离的理论计算公式,并给出具体的计算方法;分析了计算参数的不确定性,同时介绍用Monte-Carlo方法模拟高压储罐爆炸时碎片抛射距离的算法;在数值模拟结果的基础上,计算了碎片抛射距离的分布函数和概率密度函数,引入最可能抛射距离的概念,并指出可以用此来确定碎片抛射的危害范围。该方法对于定量评价储罐爆炸碎片危害性,减缓和控制碎片产生的风险,具有重要的意义。     

化工储罐间距和体积对爆炸碎片多米诺效应概率的影响

化工储罐爆炸后将产生大量碎片,这些抛射碎片一旦击中相邻罐体容易引发多米诺效应。碎片的抛射方位和抛射距离具有很大的随机性,已有研究多采用概率模型来描述碎片抛射的各分过程。通过总结和发展已有的分过程模型,建立了求取多米诺效应的综合概率模型,并基于蒙特卡罗算法编制了模拟软件,可对化工储罐多米诺效应的发生概率进行预测计算。选取若干常用化工球罐为相邻目标储罐进行实例分析,计算结果表明储罐间距和体积是影响多米诺效应发生概率的两个重要影响因素：随着距离的增大,多米诺效应发生概率不断减小;目标储罐体积越大,多米诺效应发生概率将越大。其中,爆炸碎片对目标储罐的击中概率受上述因素的影响程度更大。该文工作对化工储罐区的安全评价具有一定的参考价值。     

海上钻井平台井喷天然气爆燃特性研究

针对海上钻井平台井喷事故特点,基于计算流体动力学(CFD)理论,建立了海上钻井平台井喷天然气爆炸事故的风险预测与评估模型,对不同风况、不同场景条件下的井喷天然气爆燃特性进行模拟和分析,探讨爆燃超压和爆燃火焰的发展规律,并评估其危害程度和影响范围。结果表明:钻台区域最大超压值为6.1 kPa,对平台结构及设备不会造成明显破坏,对作业人员有轻微伤害;悬臂梁内部最大超压值达到10.4 kPa,会造成平台结构、设备轻微损坏,对作业人员伤害严重;分析了不同场景条件下爆燃火焰的发展规律;高温燃烧火焰会严重影响平台结构、设备等钢材性能,导致设备损坏、结构失效甚至坍塌,对附近作业人员会有致命伤害。     

液化石油气储罐爆炸碎片抛射的蒙特卡罗分析

液化石油气发生BLEVE具有极大的危害性,如何对危害性进行定量分析和评估是风险分析评价的重要内容。由于BLEVE的发生具有很大的不确定性,其造成的危害也存在不确定性,这给定量分析评价带来了较大的困难。该文从风险工程学的角度对BLEVE引起的碎片抛射可能对人员造成的危害风险进行了定量分析,对不确定性参数利用有关的资料和数据确定其概率密度分布,并利用蒙特卡罗方法进行模拟,从而计算了碎片抛射范围。对于定量评价BLEVE风险具有重要意义。     

苯储罐区消防安全设计评价研究

依据苯储罐区危险特性及超压引起火灾爆炸模式的特点,通过实例,对苯储罐区的危险特性及事故后果进行了分析,得出在外界环境温度不同的条件下所对应的火灾爆炸模式;依据规范,对其消防安全设计现状进行了分析和评价。针对苯储罐区在不同温度条件下引发的火灾爆炸灾害模式,利用冲击波超压伤害准则、TNT当量法、蒸气云爆炸模型、池火灾事故后果模型和碎片抛射模型,定量分析评估了储罐内部空间爆炸性混合物超压爆炸和因爆炸引发的蒸气云爆炸、池火灾的事故后果及碎片抛射事故后果。结果表明:苯储罐区发生蒸气云爆炸产生的危害最大,死亡半径、重伤半径及轻伤半径分别为90.72 m、159.16 m、308.38 m;其次是池火灾,死亡半径、重伤半径及轻伤半径分别为74.25 m、103.12 m、132.16 m;当储罐碎片抛射概率为0.001时,3种充装水平事故罐对应的距离分别为60 m、30 m、40m;给出了设置大流量固定式消防冷却水系统、点火源最小能量控制、提高储罐减压泄爆的能力、增加防火堤内固定灭火设施和拦网等应进一步加强的消防安全措施。     

大型油罐火灾爆炸危害范围研究

针对大型油罐火灾爆炸对人员伤亡危害范围的问题,采用PHAST软件模拟定量分析了外部环境（风速、大气稳定度、空气湿度）、初始条件（泄漏点离地高度、泄漏孔直径）和其他因素（防火堤面积）对火灾爆炸伤亡半径的影响,根据模拟结果拟合了外部环境和初始条件与池火灾和蒸气云爆炸危害范围的关系式。结果表明:在相同条件下,软件模拟与实验结果误差较小,该研究具有可信性;池火灾危害范围随风速、泄漏点离地高度、泄漏孔当量直径和防火堤面积的增加而增加,而与大气稳定度的关系不大;蒸气云爆炸危害范围随风速的增加而降低,随大气稳定度和泄漏孔当量直径的增加而增加,而与泄漏点离地高度和空气湿度影响不大;拟合得到的外部环境和初始条件与池火灾和蒸气云爆炸危害范围的关系式可为大型油罐火灾爆炸事故中相关作业人员的应急撤离提供决策参考。     

Impact of a shock wave on a structure on explosion at altitude

The number of explosive attacks on civilian buildings has recently increased and the pattern of damage inflicted on structures when an explosion takes place at altitude remains quite difficult to predict. The primary aim of the work reported here was to enhance the understanding of how blast waves from an explosion at altitude interact with the ground and with a structure. Small-scale experiments were conducted using a propane–oxygen stoichiometric mixture as explosive. This approach is original because it models high-explosive detonation in terms of gaseous charge explosion using TNT equivalents. Several non-dimensional laws are expressed and validated by experiments. These relationships allow determination of the propagation of a blast wave and its interaction with a structure as a function of the position of the explosive charge when the explosion occurs at altitude. Then, from knowledge of the blast loading, using Hopkinson's scaling law and TNT equivalents, we can predict the interaction of blast waves with the ground and a structure on a real scale. Simulations were performed using the Autodyn code, and good correlation with the experimental results was obtained.     

Parametric approach of the domino effect for structural fragments

More specific and accurate probabilistic models of the numbers of fragments generated respectively by Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions (BLEVEs), Mechanical Explosions (MEs), Confined Explosions (CEs), and Runaway Reactions (RRs) of a horizontal cylindrical vessel were developed using the maximum entropy principle based on historical accident data. The theoretical results from the four probability density functions were compared to the observed data, and the numbers of fragments followed discrete exponential distributions in the interval [1, 9]. Beside the summary of the probabilistic distributions of the other random variables in the process of fragment projection, the effects on the fragment trajectory and target terms were investigated using a parametric approach. The results showed that using the complete model, wind shear, turbulence, and absence of fragment rotation caused the fragments to impact within shorter distances; fragment rotation and lack of wind decreased the probability of impact within a given distance, but the rupture probability of the target was not affected by fragment rotation or wind. The probabilistic confidence intervals of fragment range, impact, and target penetration became narrower with the number of simulation runs, but the accuracy of the results increased. The probability of fragment impact increased with the volume of the target vessel and the degree of filling of the explosion vessel, but did not depend on the kind of explosion. The probability of target rupture increased slowly with the degree of filling of the explosion vessel, but was little influenced by the volume of the target vessel or the kind of explosion.     

泄爆口参数对氢气火焰传播过程影响的数值模拟

为了减少管内气体爆炸造成的损失与破坏,基于大涡模拟LES模型和Zimont燃烧模型,研究泄爆尺寸(直径为40,60,80 mm)和泄爆位置(侧方距点火端1,3,5 m)等泄爆条件对受限空间中氢气燃爆特性的影响。研究结果表明：大孔径泄爆口更好的排放效果造成火焰锋面在通过泄爆口时发生严重畸变,而泄爆口与点火端距离的增加则会削弱火焰锋面畸变的程度,且不同尺寸泄爆口产生的泄压效果差异较大。因此,应考虑将合适尺寸的泄爆口设置于靠近易燃点处。通过探索不同泄爆孔径与泄爆口位置对氢气火焰传播的影响规律,可为实际应用中的安全泄爆起到指导性作用。     

煤气化装置泄漏爆炸事故伤害作用区域研究

利用FARO-Phonton三维激光扫描设备结合Microstation软件对某煤气化装置进行精确建模,根据厂区的实际情况设定可能的爆炸事故场景,运用计算流体力学软件FLACS研究不同爆炸事故对周边环境的作用过程及伤害区域,并与传统蒸气云爆炸伤害作用区域计算方法进行了比较分析.对比研究结果显示,基于FLACS的技术方法能综合考虑复杂装置设备对爆炸后果的影响,预测爆炸后空间各个部位超压的变化趋势及规律,能够弥补传统经验公式法的不足,更加适用于煤气化装置爆炸事故状态下应急救援区域的划分与确定.     

障碍物对瓦斯爆炸冲击波影响研究

为研究障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播规律的影响,利用水平管道式气体——粉尘爆炸实验装置,测试并分析障碍物数量、尺寸和壁面粗糙程度对瓦斯爆炸冲击波超压、冲击波传播规律的影响。结果表明:障碍物对瓦斯爆炸过程中冲击波传播规律具有重要影响。障碍物存在时,改变了爆炸冲击波的传播规律,提高了冲击波超压的最大峰值压力,且随着障碍物数量和尺寸的增加,这种激励作用越明显。随着壁面粗糙程度的增大,瓦斯爆炸冲击波超压明显增大。研究结果对井下巷道瓦斯爆炸冲击波的防治具有一定的指导意义。     

质子交换膜燃料电池电站多米诺事故概率和风险研究

为探究氢能电站火灾爆炸事故发展规律,采用多米诺效应对电站进行事故概率和风险研究,建立氢能电站多米诺效应定量风险分析模型。基于设备受损概率模型与多米诺理论基础,提出氢能电站多米诺效应概率计算方法,并将方法运用到实际案例,结合SAFETI软件对具体多米诺事故场景进行定量计算。研究结果表明：氢能电站易发生多米诺事故,考虑一级多米诺效应后人员潜在死亡概率增加56%。研究结果可为制定氢能电站安全防控措施以及降低火灾爆炸事故对人员和设备的危害提供依据。     

内凹型蜂窝结构在冲击载荷作用下的力学行为及响应特性研究

为减少危险化学品爆炸事故造成的大量应急救援人员伤亡,提升应急救援人员防爆服的防爆能力,有效抵御由爆炸产生的冲击波、破片及高温对人体造成的伤害。研究了具有负泊松比效应的内凹蜂窝结构,通过准静态及激波管冲击实验,对比分析了传统蜂窝结构与内凹蜂窝结构在力学特性、吸能效果与冲击波衰减效率等方面的差异;通过改变内凹蜂窝中结构单元的凹角、尺寸以及构成蜂窝结构的原材料实现对蜂窝结构的优化设计,并对优化后的蜂窝结构吸能特性以及冲击波在结构中的衰减规律进行研究和综合分析。结果表明:内凹蜂窝结构单元的最佳尺寸为3.4 mm,最佳凹角为30°,最佳材料为钛合金。研究成果为寻求同时满足轻质高强、抗冲击和吸能效果要求的结构设计方案提供了理论基础。     

居室天然气泄漏扩散过程仿真研究

随着我国城市环境保护的提高,城市燃料结构也在逐步改变。天然气作为一种清洁、高效的能源已经成为居民应用最广泛的燃料。随着天然气用户的不断增加,其事故次数也在不断上升。为了系统的研究居室内天然气泄漏扩散的过程和发展,预防居民家庭天然气火灾和爆炸事故以及发生事故后的应急提供依据。本文以普通的居民居室为研究对象,建立居室天然气泄漏扩散几何模型。并对室内天然气泄漏后的扩散状态进行仿真模拟,得到天然气泄漏后的室内扩散过程,以及在不同时间内存在爆炸极限的区域和达到爆炸极限的范围,并对爆炸后果进行了评估。结果显示：在设定条件下,泄漏发生后640 s,冰箱电源处达到爆炸下限,790 s时达到爆炸上限;其爆炸能量已达到使大型钢架结构破坏,大部分人员死亡的程度。泄漏1800 s后,可燃区域就扩散到厨房之外,存在于客厅之中了。     

爆炸荷载下地铁隧道损伤规律研究

地铁在运营中存在诸多风险,特别是外爆炸带来的危害尤为突出。为避免由此产生的风险,需对地铁隧道在外部侧爆炸瞬时强荷载作用下隧道衬砌结构损伤效应进行研究,进而对隧道衬砌结构的损伤程度作出判断。以西安地铁6号线工程为依托,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,分析外爆炸荷载作用下应力波的传播规律;选取地面侧爆角度和隧道埋置深度2个因素建立分析工况,研究了外爆炸荷载下隧道衬砌结构的受力状态规律,隧道埋深15,18 m相较埋深12 m衰减了20,125个微应变;同时直观地对隧道衬砌结构的损伤程度进行分析。开展该项研究为地铁隧道结构抗爆防护设计提供了理论依据,具有较高的技术、经济和社会效率。