储罐区池火灾状态下防火间距的理论基础研究

摘要

本论文试图从流体力学、燃烧学角度出发,从理论上剖析储罐区池火灾的物理化学现象;在前人研究成果的基础上,用计算流体力学软件来模拟预测池火灾对周围环境的热辐射影响,结合热辐射准则得出池火灾下储罐间最小安全距离.论文中,作者对目前国内外防火间距现状,相关法律、法规,科学研究和事故统计作一个概述,提出制定防火间距的思路.介绍了CFD(Computational Fluid Dynamics)技术和Fluent软件的功能以及发展情况,对CFD软件的有效性、Fluent在火灾模拟方面的有效性作了验证性综述.对池火灾燃烧辐射进行了理论分析,并对Fluent里面输入参数自定义功能进行了详细的介绍.在总结前人研究的基础上,本文对无风情况下,池火灾火焰形状进行理论分析,建立了物理模型和几何模型,然后选择合适的辐射模型,应用Fluent软件,对无风情况下池火灾对周围大气的热辐射进行计算模拟.得出直径为13m的LPG(Liquefied Petroleum Gas)锰钢球罐热辐射影响的范围和相邻两罐之间的最小安全距离.为了使模拟结果更加接近实际情况,对有风情况下的池火灾,本文首先对其火焰形状进行计算模拟,得到池火灾火焰中温度和组分的空间分布.然后又进一步完成有风情况下池火灾对周围的热辐射的模拟.得出有风情况下,直径为20m苯池池火灾的热辐射影响范围和该情况下相邻两罐之间的最小安全距离.本论文提出了一种合理制定防火间距的设想,完成了用Fluent对池火灾危险性的模拟计算,给各种条件下,罐区池火灾的危险性预测和最小安全间距的确定提供了一套数值模拟的方法.本论文的研究是CFD方法用于防火间距研究的有效尝试,给罐区其它形式灾害的分析提供了一种思路和方法.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2防火间距现状

1.2.1储存方式

1.2.2国内防火间距现状

1.2.3国外防火间距现状

1.2.4国内外防火间距现状的对比

1.3防火间距的制定

1.3.1现有防火间距制定的准则

1.3.2防火间距的影响因素分析

1.4防火间距合理性制定的研究

1.4.1事故发生的破坏程度

1.4.2事故发生的几率

1.4.3经济核算

1.5本论文研究的目的和主要内容

1.5.1论文的目的

1.5.2论文的主要内容

参考文献

第二章CFD软件的有效性及池火灾理论基础

2.1 CFD技术和软件简介

2.1.1 CFD技术

2.1.2 CFD软件的有效性

2.1.3 Fluent简介及其发展史

2.2研究燃烧的方法

2.3燃烧过程基本理论基础

2.3.1守恒和平衡方程

2.3.2输运定律

2.3.3源项

2.4辐射换热理论分析

2.5池火灾燃烧现象理论分析

2.5.1简单化学反应系统

2.5.2混合分数

2.5.3由等价比计算混合分数

2.5.4守恒量之间的线性关系

2.5.5湍流非预混火焰k-ε-g模型

2.5.6非预混模型的非绝热拓展

2.6 Fluent中参数的用户自定义UDF

参考文献

第三章无风情况下储罐区池火灾危险性模拟

3.1辐射模型

3.2物理几何模型

3.2.1物理/几何模型

3.2.2物理模型分析

3.3火焰尺寸的确定

3.4模拟区域的确定

3.5网格划分

3.6中间介质的辐射吸收性质

3.7火灾辐射破坏准则

3.7.1热通量准则

3.7.2热强度准则

3.7.3热通量～热强度准则

3.8数值模拟

3.8.1燃料理化性质

3.8.2火焰尺寸

3.8.3模拟区域

3.8.4网格划分

3.8.5介质吸收系数

3.8.6边界条件和初始条件

3.8.7模拟结果

3.9结论

参考文献

第四章有风情况下储罐区池火灾危险性模拟

4.1 prePDF燃烧模拟

4.1.1燃料及其理化性质

4.1.2描述系统化学反应的模型

4.1.3混合分数富限值的确定

4.1.4反应中间产物预测

4.1.5苯的prePDF模拟

4.2 Fluent燃烧流动模拟

4.2.1湍流-燃烧模型

4.2.2数学物理模型

4.2.3几何模型和网格生成

4.2.4边界/初始条件

4.2.5结论与分析

4.2.6池火灾形状模拟中存在问题

4.3辐射模拟

4.3.1几何模型和网格划分

4.3.2边界/初始条件

4.3.3模拟结果

参考文献

第五章结论与展望

5.1结论

5.2创新点

5.3展望

在读期间发表的论文和参加的项目

致谢