池火灾热辐射计算及模拟

池火灾热辐射计算及模拟

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《安全》2 0 0 8年第 1 2期

池火灾热辐射计算及模拟刘博粱栋黄沿波中山大学工学院安全工程研究中心

【摘要】在油罐火灾中,着火罐所释放的热辐射对附近的人员以及设备起到一定的危害.本文分别用经 验公式以及 F S模拟来计算热辐射强度,并对计算结果进行比较及分析,结果表明两种方法可互相补充完善. D

【关键词】池火灾; 热辐射; D模拟 FS

o前

_

失.为了保证化学工业园区生产的顺利进行,使人的生命安全和企业的财产得到有效的保障,使环境免遭破坏,必须努力控制危险源以消除和减少危险,这就

油罐火灾的燃烧特性是预测火灾发展趋势和评估

火灾对周围环境影响的基础和前提,国内外的学者对其进行了多方面的研究.美国的 A toy a is n nH mn…在总 h结前人的实验数据和研究成果的基础上研究了油池燃烧火焰的结构;西班牙的 E l i Paa—C ci在 uaa lns uh l 18年也通过了对 4 积的乙烷油池和 1m面积煤 99 m面 2油油池燃烧实验的研究;日本的 Tkai a auh和 aak Y m gci

要求对化学工业园区的危险性进行研究.本研究内容选取某化工园区 50 m 0 0内浮顶罐直径为 2 . m的汽 85油罐为实例,对油罐火灾热辐射进行经验公式计算和 F S软件模拟,并对两种方法进行比较 . D

Hrsi oei i h K sk o 对大规模油罐 (直径 8 m 0 )的燃烧特性进行了实验研究,获得了一些基础数据 .然而,由于油

1 1燃烧速度的计算 .

由于燃烧速度是极不稳定且不断变化,因此取燃烧中期平均燃烧速度为准 .不同直径油罐液体表面上单位面积的燃烧速度为:V b ( .3 6 9 2—6 O昔) .1 () 1

罐火灾实验的特殊性,加之资金,安全,环保等因素的限制,直接进行大型实验是非常困难的.因此构建数学模型,利用计算机来计算油罐燃烧中各种特性参数

的变化成为研究油罐火灾的重要手段 .F S ( i ya i i u tr是美国国家技术 D Fr D n mc Sm lo) e s a标准局 NS: N t nl ntu o t drs n IT a oa i Istt f a a ad i e S n d T cnl y建筑火灾实验室 ( uli n i eho g ) o B i n ad Fr dg e R sa hLb r o )开发的基于场模拟的火灾模拟软 eer aoa r c ty件,该软件采用先进的大涡模拟技术,得到众多实例

式中

D——油罐直径,m——

直线燃烧速度 m/ ms

直线速度与质量速度的转换利用下式:V= ( V ) 10 p b/0 0 () 2

式中

为质量燃烧速度,k/ ( s g m .) p——为液体密度,k/m g

验证,在火灾安全工程领域应用广泛 . 由于化

学工业园区内重大危险源众多,一旦发生事故时,危险源之间,企业之间有可能相互影响而导致事故进一步升级,因而造成重大人员伤亡和财产损

计算得单位面积燃烧速度为 00 5 g ( s . .2 4k/ m . )1 2火焰高度的计算 .

当液池为一个半径 r的圆形池时,火焰高度用以

池火灾热辐射计算及模拟

《》 0第2安 28 1全 0年期下公式进行计算:

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离液池中心点 X m) (的某一点的入射热辐射强度 ( 目

…4 r【式中——火焰高度,m

r .

十

标入射热辐射强度 )为: '

O,

4r X~ 7

( 5)

r——液池半径,m,半径为 1.5 22m p——周围空气的密度,取值 1 1 k/ . .6 gi n

式中卜 _-入射热辐射强度,W/ mQ——总辐射热量,w

.

g——重力加速度,取值 9 8/ .m s计算结果火焰高度可达 h=2. 1 (:在大型 24i注 n

￡ ——热传导系数,在无理想数据和无相对理想数据时,可取值 1——

火灾实验中,火焰形状并不清晰,因为在火焰周围存在大量的烟,所以上述火焰高度计算仅是理想情况下的估算值 ) .1 3液池燃烧时放出的总辐射量 .

目标点到火源 (罐壁 )的距离,m

上述目标入射热辐射强度公式,反映了热辐射能量与受害目标到火源的距离之间的关系.当入射热辐射通量是一个定值时,可以计算出受害目标与火源之间的伤害距离,即:

液池燃烧时放出的总辐射量的计算公式为:Q: (+2rh v Hc ( 2仉1+1仃r 7r )~/ 7 v 6 ) ( 4)

X= ( 4 . ) Qt~T"/

( 6)

式中

Q——总辐射量,w

计算:当1 3. K m时,X= 14 1= 7 5 W/ 1 1.m1 2 . K m时,X 1 . m 2= 5 0 W/ 2= 4 1 1 1. K m时,X 3: 2 5 W/ 3=1. m 991 4 0 W/时,X 4: . K m 4=3 . m 51I 5=1 6 W/时 .X .K m 5=5 . m 55

田——效率因子,介于 0 1 . 3至 0 3 . 5之间 (根据试验数据,对于大型油盘火灾,由于烟的屏蔽作用,使得辐射分数随着油盘直径的增加而下降,该计算中取平均值 0 2 . 4) r——液池等效半径,r 2 2 m=1.5 胁——最大发热量,取 4 7 88/ o 32 . Jm l ^——数值同前由该式计算得总热辐射量 Q= 19× 0 K 6 . 13 W. 14目标入射热辐射强度 .假设全部辐射热量都由液池中心释放出来,在距

火灾通过热辐射方式影响周围环境,当热辐射强度足够大时,可使周围物体燃烧或变形,强烈的热辐射可能烧毁设备,并造成人员伤亡.本评价单元在发生池火灾时,热辐射产生的危害情况及伤害半径 (火源与受害目标点之间的距离 )的关系见表 1 .

表 1热辐射危害程度一览表 入射通量 I( W/ K m) 3. 752 . 50

伤

害半径 (1 n) 1 . 141. 41

对设备的损害操作设备全部损坏在无火焰,长时间辐射下,木材燃烧的最小能量

对人的伤害 1死亡/ 0;10死亡/ rn% 1S 0% 1 i a重大损伤/0;10死亡/ ri 1S 0% 1 n a

1. 254O .

1. 993 . 51

有火焰时,木材燃烧塑料熔化的最低能量

1度烧伤/ 0 1S;1%死亡/ r n 0 1 i a2 S以上感觉疼痛,未必起泡 0

16 .

5 . 55

长时间受辐射无不舒服感

势稳定,故取中心截面火焰 12高度处 5— 5的平均/ 1sj i ■ 誊_,I1,,, _ ., . 3荔￡纂 i 黪|漤 嚣

本文使用 N S IT的 F S火灾模拟器通过大涡模拟 D

值为导出数据 (选取相同距离热辐射最大值 ),以下为 S o ei m kv w模拟视图. e 图1,图 2 F S是 D模拟油罐燃烧热辐射的三维图 ( 2是包含烟气情况下的辐射图 )图 .

来进行地面油罐火灾发展过程的可视化仿真 .选取以油罐为中心的一百米立方体空间进行模拟,持续燃烧

2s 0,取以油罐中心横截面来观察热辐射以及数据导出,经 S oei m k v w截图可看出火焰不停变动但总体趋 e

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《安全》2 0 0 8年第 1 2期

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图 1热辐射三维图

图 2热辐射三维图

图3,图 4为热辐射截面图.

图 3热辐射截面图

图 4热辐射截面图

3结果对 比及j析 }

;

图表进行比较,图5为计算数据热辐射图,为图6F s导出数据热辐射图. D

为了更直观地对比两组数据,将两组数据绘制成

5

1 5

2 0

2 5

3 0

距罐壁距离 ( m)

图 5热辐射计算所得热辐射曲线

5

1 5

2 O

2 5

3 O

3 5

距罐壁距离 ( m)

图 6热辐射模拟所得热辐射曲线

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两组数据对比可看出,计算数据更具有规律性, 模拟数据具有多变性和不对称性,但二者对于最大热辐射强度的数值点的走向上是趋于一致的;通过对几个重要数值点的对比可看出模拟数据在大部分时间会

Ch r c e sis f Po l ie a a t r tc o o F r Bu ni . Bu l n a Fie i r ng idig nd r Re e r h s a c La rt r Naina I siu e f a dads nd bo aoy to l n t t o Stn r a t Te h l g ihes u g, MD 08 9, 1 96 c noo y Gat rb r 2 9 9

[2] E li Paa— C ci Jaum C s1Fa e ua a l s uh, oq i aa. l l n mT mp r t r Dit b t n n P o— F r . J u a o e eaue sr ui i a o l i o ie or l f n

低于计算值,但并非完全在计算曲线内.|秘 琵 g赣l■臻l裳罄髓l 赣鞭赣| l 鬻褥巷畿|巷鞲嚣鼍臻 l琵|鬻髓鹫豫冁臻毽甏鬻 l赣 ‰魏赣琏壤魏I

Haad u tr l,1 9 zr o smaei s 9 8,6 (:2 1—2 1 a 2 3) 3 4

[ 3] T kai Y m

au h, K ni Wa aaOl P o 1i aak a gci ej ks. i o Fr eEx e i n . I p rme t n: Fie r Sat S inc— Pr c e ng o h l y ce e o e di s f t e

( )传统计算方法方便实用,可以规律性地获 1

取相关数据,便于对油罐燃烧情况的总体掌握和预测.

F rtI tr ain l y o i m. a a is ne n t a mp su J p n,1 8 . 1 o S 9 1 9 1—9 8 1

[ 4] Hrsi oei uau L aaT m km iLre Sae i h o K sk,Y sk w t o ao a a cl . gCr e ud Oi l r Ex e i n s ie Fie p rme t.F r Te h o o y, 2 00, 3 c n lg 0 6

( )F S拟对于火焰的动态变化情况更具实 2 D模际意义;同时在数值上对经验公式起到补充和完善作用 .

( ) 4— 8 1:2 3

[] D Mar k wk,R LV r r S h i fh y a c 5 dz o si er i i a no t dnmi y o . mu o e so h Fir a 4 Ch ry f te e t 314 e r Ro d a NE, W a h n tn, DC s i go

( )通过两种方法的结合可以更全面准确地掌握 3油罐燃烧的热辐射强度数据,更准确地预测油罐火灾的燃烧特性,对实战具有非常重要的指导意义 .参考文献[] A toy H m n,T ksiK siai R b r R B c, 1 n n a is a ah ahw g, o et . uh

Ma 3, 19[ . ehia eo NS I 6 1, y 0 9 9 R1T cncl R p~ ITR 50Nai n l to a I tt e nsi ut o f Sa a d tnd r s ad n Te h l g c noo y

Gat e s r ih rbu g, M D 208 9, Ap i 20 0 9 rl 0

(接第 7页 )上

[ M] .北京:冶金工业出版社,2 0 03

[]黄典剑 .突发事件应急能力评价[ 2 M].冶金工业出版社,2 0 06

化学工业区作为我国工业发展的新生事物,完全有必要,也有条件按照"先行先试"的原则,以当前应急管理工作为基础,探索化学工业区应急管理体系建设经验和模式,为其他化学工业区,其他行业,企业乃至国家政府部门应急管理体系建设提供宝贵经验 .但由于目前我国应急管理法制,体制和机制还不是特别健全,整体应急管理能力比较薄弱,加上化学工业区的行政定位又不够清晰,因此,本文所提出的

[]滕五晓,等 .日本灾害对策体制[ 3 M] .北京:中国建筑工业出版社,2 0 03

[]黄典剑 . A S全球化与城市应急机制发展研究[] . 4 SR J城市发展研究,2 0 ( ) 6— 0 0 3 3:1 2

[]李学举 .灾害应急管理[ 5 M] .北京:中国社会出版社 .2 0 05

[]应松年 .突发公共事件应急处理法律制度研究[ 6 M].北京:国家行政学院出版社,2 0 04

化学工业区应急管理体系建设" l 1"模式还有待 13 1于在实践中进一步丰富与发展 .参考文献[]吴宗之,刘茂 .重大事故应急救援系统与预案导论 1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dnbi.html