开敞空间可燃气体扩散规律与爆燃现象的研究

开敞空间可燃气体扩散规律与爆燃现象的研究
可燃气体在输送、贮存、加工和使用过程中如果不慎泄漏,与大气混合形成可燃气云,如遇明火极易发生爆炸,从而造成巨大的人员伤亡和财产损失。

本文在国家重点基础研究发展规划的资助下完成了开敞空间可燃气体扩散规律与爆燃现象的研究。

对实际场景进行了抽象、简化,建立计算采用的物理模型,用FLUENT6.2进行开敞空间可燃气体扩散及燃烧的数值模拟,并针对扩散的物理模型利用相似理论进行缩小,完成了大空间燃气扩散的实验研究。

利用CFD方法对燃气连续性泄漏后的扩散现象进行了数值模拟。

以丙烷为例,着重研究了燃气泄漏速度、风速、障碍物等因素对燃气扩散过程的影响。

在大量数值模拟数据的基础上,经分析得到燃气在扩散过程中的分布规律:可燃气云在下风方向上的扩散距离随泄漏速度增加而增大,随风速的增大而先增大后减小;当障碍物高度较低时,气云将会越过障碍物继续扩散,但当障碍物高度较高时,气云会绕过障碍物继续扩散;泄漏若发生在障碍物下风方向,受障碍物后部漩涡的影响,一大部分可燃气体将滞留于障碍物的背风区域,泄漏点越接近障碍物后的旋涡中心,泄漏危害越大。

针对燃气爆燃的情况,将其进一步简化为二维均浓度半球气云模型,通过分析数据,可得到如下结论:某点爆燃超压值(?)P=kR_0~2/r,其中R_0为气云半径,r为该点与点火中心的距离;超压值随气云浓度的增大呈现先增大后减小的趋势;在气云附近加入挡板后,会对气云超压起到加强的作用,且距离越近挡板影响越明显。