爆炸罐模拟仿真优化设计技术研究
模拟油罐油气混合物爆炸实验与数值仿真研究
加热措施 ， 内油气 体积 分数 罐 很难达到爆炸浓度下 限。测得
汽油油气体积分数的爆炸浓度 圈２ 。ａ 和２ （ ） １（） 。ｂ 压力检测通道 （Ｈ） Ｃ 采集的爆炸压力曲线 下限是 ｌ ％。即使 罐 内油气体 积分数达到 ０ ９ ％， ．７ 爆炸仍没有发生。 不同初始浓度 的油气混合 裹１ 模 拟油罐爆炸波特性实 验结果 物的爆炸模拟实验 的结果如表
并借助大型商业软件 Ｆ ｅｔ． ｌ ｎ ２完成 了数值仿真研究。数值仿真 结果与 实验值较为吻合。 ｕ ６ 模拟实验和数值仿真研究的结果表 明： 油气体积分数、 内初始温度等决定模拟油罐 油气混 罐
合物爆炸压力的大小。油罐 内爆炸压力波的振 荡特性对金属油罐 结构来说是有害的。
关键词 模拟油罐； 油气混合物爆炸； 冲击波； 实验研究； 数值模拟； 压力波振荡
图２ 分别 为通道一 （ Ｈ ） Ｃ １ 和通道二（ ｍ ） Ｃ 采集 的爆炸压
力曲线。实验表 明， 模拟 油罐
内的油气体积分数大小决定 了 爆炸是否 发生 ， 而罐 内油气体
圈 １ 模拟油罐装置及数据采集处理系统示意圈
积分数又和气温有关。在室温
低于 ｌ℃ 的情 况下 ， ５ 如果 没有
Ｉ 实验装置和研究方法
模拟实验系统包括模拟油罐实验装置、 数据采集与处理系统及实验辅 助系统。模拟油罐装置由双
层油罐和 （ ０ 钢管模拟坑道等组 成 ， １ ０ ） ４ 如图 Ｉ 所示。油罐直径为 １ ０ ｍ， １ ０ ０ｍ 高 ０姗 ， ０ ０ 罐壁高 ８０ ０ ｍ 厚 １ ｍ。整个模拟油罐按压力容器设计标准加工而成， ｍ， ０ｍ 罐壁为圆柱形 ， 为平板封头 ， 罐底 罐顶为 标准的椭圆封头。为了便于实验时观察 ， 在罐壁上开有三个 中 ５ ｍ 的观察窗 ， １０ｍ 安装有石英玻璃。罐 顶上开有一个 Ｏ的人孔。罐壁及罐底 、 顶上均设有螺纹连接的安装传 感器的接头。整个容器能承 受高温高压。数据采集与处理系统主要检测温度、 压力等参数 ， ６ 共 个通道 （ Ｈ 检测压力参数 ， Ｃ ） 布置位 置如图 ｌ 所示。压力传感器采用响应频率较高 的压阻传感器 ， 量程为 １０Ｍ ａ ． Ｐ 。爆炸前后各种气体 的 体积分数 ， Ｈ 用 Ｃ红外线分析器和汽车尾气分析仪进行测量。实验辅助系统 主要完成油气混合物雾化、
基于物理建模的爆炸效果仿真技术
基于物理建模的爆炸效果仿真技术爆炸效果仿真技术是一种在虚拟环境中模拟爆炸效果来预测爆炸后物体的行为的技术。
这种技术可以帮助人们更好地了解爆炸的本质以及爆炸后产生的物理现象。
在应用领域，爆炸效果仿真技术被广泛应用于炸药研究、安全防范、灾害预防等方面。
传统的爆炸效果仿真方法主要是基于经验公式和经验数据的，其局限性在于难以考虑到复杂的物理现象和过程。
近年来，随着计算机技术的发展和高性能计算机的普及，基于物理建模的爆炸效果仿真技术得到了越来越广泛的应用。
该技术通过模拟爆炸时发生的物理现象和过程来生成真实的爆炸效果。
物理建模的爆炸效果仿真技术主要有以下几个步骤：第一步是模拟物质的力学行为。
在爆炸时，物体受到巨大的冲击力，其力学行为对爆炸效果的模拟十分重要。
为了模拟物质的力学行为，需要使用弹性理论或者塑性理论等数学模型，计算物体在不同的力场作用下的形变和应力状态。
第二步是计算化学反应。
爆炸是一种化学反应，其产生的热和光能量是爆炸效果的主要驱动力之一。
通过计算爆炸物质的燃烧过程，可以预测爆炸时产生的热量和气体排放的速率等信息。
在计算化学反应时，需要考虑到不同物质之间的反应机理和反应速率，以及反应过程中的能量转化。
第三步是模拟热传输。
爆炸产生的热能在空气中的传输是复杂的，因为热能的传输受到诸多因素的影响，如空气温度、压力、湍流等。
要对爆炸的热传输进行模拟，需要使用传热学模型来计算物体在爆炸过程中的温度变化以及热能的传输速率等信息。
第四步是模拟空气动力学。
在爆炸过程中，爆炸产生的气体排放到空气中，形成冲击波和爆炸波，这些效应对周围物体的影响十分显著。
要模拟这些效应，需要使用流体力学模型来计算气体的压力、速度、密度等参数，并根据这些参数来预测周围物体的响应。
以上四个步骤是物理建模的爆炸效果仿真技术的核心，模拟出的爆炸效果可视化呈现在屏幕上。
这种仿真技术的优势在于，它可以预测不同物质的爆炸效果，以及不同环境下的爆炸效果，从而提供帮助人们更好地了解爆炸的本质。
爆炸装置的仿真与优化研究
爆炸装置的仿真与优化研究引言：爆炸装置是一种利用爆炸原理产生强大冲击力和破坏力的工具，应用广泛，包括矿山爆破、工程爆破以及军事领域等。
随着科技的发展，仿真技术的应用在爆炸装置的设计和优化中起着越来越重要的作用。
本文将探讨爆炸装置仿真与优化的研究进展。
一、爆炸装置仿真技术的应用近年来，随着计算机技术的迅猛发展，仿真技术在爆炸装置的设计和优化中得以广泛应用。
通过建立现实环境的仿真模型，可以精确地模拟爆炸装置的爆炸过程，预测其性能和效果。
例如，科学家可以通过数值模拟来研究爆炸装置在不同环境下的爆炸特性，如爆炸能量、爆炸速度、材料破裂等。
此外，仿真技术还可以用于评估不同爆炸装置设计的优缺点，以及安全性评价等。
因此，爆炸装置仿真技术的应用能够提高设计效率、降低成本，并提高爆炸装置的工作效率和安全性。
二、爆炸装置仿真的数值模拟方法爆炸装置的仿真主要基于数值模拟方法，包括有限元方法、CFD方法和瞬态分析方法等。
有限元方法通过将结构划分成有限个单元，并利用数学模型求解微分方程，来计算爆炸装置的应力、应变和变形等。
CFD方法则基于流体力学原理，将流体运动和传热过程数值化，从而计算爆炸装置中流体的速度、压力和温度分布等。
瞬态分析方法则是在时间和空间上对爆炸过程进行仿真，通过模拟爆炸能量的释放和传播过程，来计算爆炸装置的破坏范围和影响。
三、爆炸装置仿真的优化研究爆炸装置的优化研究旨在改进其性能和效果。
通过利用仿真技术，可以进行多个设计参数的优化，以提高爆炸装置的性能。
例如，科学家可以通过改变爆炸装置的材料、几何形状和装药量等参数，来优化其爆炸能量和破坏范围。
此外，仿真技术也可以用来优化爆炸装置的结构和材料，以提高其耐热性、安全性和稳定性等。
因此，爆炸装置的优化研究不仅可以提高其工作效率和安全性，还可以降低成本和资源消耗。
四、爆炸装置仿真的挑战与展望尽管爆炸装置仿真技术已经取得了显著的进展，但仍存在一些挑战。
首先，爆炸装置的仿真涉及复杂的流体和固体相互作用过程，需要建立精确而可靠的数学模型。
基于CFD技术的埋地油罐油气爆炸后果模拟研究_赵祥迪
38
卷
第
7
期
I nd ust ria l S af工ety业an安d 全Env与iro环nm保en tal
Protection
· 31 ·
基于 CFD 技术的埋地油罐油气爆炸后果模拟研究 ＊
赵祥迪 袁纪武 翟良云 厉建祥 王正 姜春明
(中国石化青岛安全工程研究院 , 化学品安全控制国家重点实验室 山东青岛 266071)
FLACS 软件是一种基于计算流体动力学 (CFD , Computational Fluid Dynamics)技术开发 的专门用于 海上及陆上石化行业内气体爆炸三维计算的模拟工
具 。通过流体力学基本方程组和化学反应方程来求 解 , 主要方程见式(1)～ 式(7)。
连续性方程 :
t (ρ)+ xj(ρuj)=0 动量方程 :
Study on Gas Explosion Consequences Simulation for Underground Oil Tank
Based on CFD Technology
ZHAO Xiangdi YUAN Jiwu ZHAI Liangyun LI Jianxiang WANG Zheng JIANG Chunming (SINOPEC Qingdao Safety Engineering Institute , State Key Laboratory of Safety and Control for Chemicals Qingdao , Shandong 266071)
＊资助项目 :国家重点基础研究发展计划(2012CB724210)。
等人采用 AutoReaGas 软件来进行气体爆炸的模拟 , 以探讨 石 化 裂解 炉 与 控制 室 的 安 全 距离[ 6] 。 P . Hoorelbeke 等人对常用的爆炸风险评估方法进行了 总结分析 , 介绍了基于 CFD 技术的爆炸风险分析方 法的最新研究 成果[ 7] 。 本文针对埋地 罐爆炸危险 性 , 采用一种基于 CFD 技术事故模拟方法对埋地油 罐不同油气爆炸浓度情况进行分析研究 。 1 研究方法
爆炸冲击波的实验研究及其模拟仿真技术
爆炸冲击波的实验研究及其模拟仿真技术爆炸冲击波是指在爆炸物体内部爆炸释放巨大能量时，产生的高速冲击波。
这种冲击波对于建筑物、船只等工业用途上的构造物，以及人类身体也有着极大的危害。
因此，研究爆炸冲击波在空间中的传播规律和对物体的影响是非常重要的。
对于爆炸冲击波的实验研究，一般需要使用爆炸实验和高速摄像技术。
爆炸实验是将爆炸物体放置在一个特定的实验场地内，通过引爆并记录其爆炸过程和释放的能量等信息来研究爆炸冲击波的规律。
而高速摄像技术则是通过使用高速相机记录冲击波的传播过程和对物体的作用，来了解其对不同物体的破坏规律。
另外，还有一种重要的研究方法就是模拟仿真技术。
利用计算机模拟仿真技术，可以更精细的模拟爆炸冲击波在空间中的传播过程和对不同物体的作用。
这种技术的优点是可以有效地减少人工实验的成本和安全风险，同时也可以控制仿真环境和数据记录方式。
在进行爆炸冲击波模拟时，需要建立一种精确的数学模型来表示其传播特性。
这个数学模型通常会基于爆炸物体的物理参数，如能量输入、爆炸物体材料的性质、空气密度和空气流动方向等。
利用这些参数，可以构建一种基于数理方程的物理模型，来模拟爆炸冲击波的传播规律和对不同物体的影响。
目前，常用的爆炸冲击波模拟软件有ANSYS、ABAQUS、FLUENT等。
这些软件在模拟过程中，通常需要输入爆炸物体的物理参数，然后构建中空球模型、立体模型等，来模拟爆炸冲击波在空间中的传播过程。
同时，还需要对仿真结果进行数据分析和对比，以增加仿真的可信度和精度。
除了模拟仿真技术，近年来，还出现了一种新的研究方法——无人机研究。
借助先进的无人机技术，研究人员可以在安全的距离内，实时记录爆炸冲击波在不同高度的传播规律。
这种方法可以保证研究人员的安全，并且获得的数据也更具有实际意义。
总之，爆炸冲击波是一个非常复杂和危险的自然现象，它对于人类社会的建筑、交通和人身安全都会产生巨大的影响。
因此，掌握研究爆炸冲击波的实验方法和模拟仿真技术，以及借助先进的科技手段进行研究，才能更好地了解这个自然现象的规律和应对方法。
基于VC与MATLAB接口技术的LPG储罐重大事故动态模拟评价系统软件开发与应用
基于VC 与MAT LAB 接口技术的LPG 储罐重大事故动态模拟评价系统软件开发与应用张瑞华 陈国华(华南理工大学工控学院安全工程研究所,广州510640)颜伟文 陈清光(广东省安全科学技术研究所,广州510620)【摘 要】 为提高人们对LPG 储罐重大事故预测、预防水平和抗御灾害的能力,笔者根据LPG储罐泄漏、扩散、火灾爆炸等事故的发生、发展,建立一套LPG 储罐重大事故动态模拟评方法;在此基础上进行软件系统的系统、功能、模块和数据设计,应用VC 与M AT LAB 可视化面向对象接口技术实现事故后果模拟评价及特征参数随时间、距离变化过程的可视化。
该软件能够脱离M AT LAB 环境下运行,实现了评价结果通过图形直观动态显示,可预测特定位置的破坏情况,评价事故影响范围和危害程度。
工程应用表明,该评价系统软件用于LPG 储罐重大事故的安全评价是可行的,并可用于其他具有火灾爆炸危险性、毒性的重气或液化气体的生产和贮存企业的安全评价。
【关键词】 LPG 液化石油气储罐; 事故; 动态模拟; 软件开发; 接口技术目前液化石油气(LPG )在我国其生产和使用量越来越大,已成为增长最快的能源品种之一。
由于它具有易燃、易爆的特性,在生产、运输和使用过程中极易发生火灾爆炸事故。
国内外曾多次发生LPG 着火、爆炸重大事故,损失惨重。
这些事故不仅造成人员伤亡、财产损失和环境破坏,还给当地居民带来心理恐慌,给社会造成负面影响。
据统计分析表明[1]:在化工过程发生的事故中,有关液化气体的事故约占15%,而其中的爆炸事故约占35%,在储存和运输中发生的几乎占一半。
开展LPG 储罐重大事故模拟的研究能对事故后果进行预测评价,从而为事故预防、应急救援提供科学依据。
随着信息技术的不断发展,计算机技术在火灾爆炸等事故模拟、事故后果预测方面得到了广泛的应用。
目前国外已经开发了多种风险评价商业化软件,如S AFETI 、S AVE II 、SIGE M 、WH AZ AN 等风险分析定量评价软件[2]。
爆炸容器内部爆炸的数值模拟和实验研究
t
n+ 2
= t + 2Δt n
n
式中 , c 为当地声速 ;μ为系数 , 取 0 . 95 . 按照上述格 式 , 依次沿 r 和 z 方向计算一次 , 再由式 ( 2 ) 得到 n+1 W ij ; 然后依次沿 z 和 r 方向计算一次 , 再由式 ( 3 )
n+2 得到 W ij , 如此完成一个时间层计算 . 反复进行 , 直 至指定时刻停止计算 . 1. 3 初始条件和边界条件 爆炸容器内部流场以某一马赫数划分为近场和
Numerical and Experimental Study on Internal Blast in Explosion Chamber
RAO Guo2ning , HU Yi2ting , C H EN Wang2hua , P EN G J in2hua
( School of Chemical Engineering , NU ST , Nanjing 210094 , China)
弹
道
学
报
J o urnal of Ballistics
Vol. 20 No . 1 March 2008
爆炸容器内部爆炸的数值模拟和实验研究
饶国宁 ,胡毅亭 ,陈网桦 ,彭金华
( 南京理工大学 化工学院 ,南京 210094)
摘要 : 运用二阶精度 TVD 差分格式对平板封头型爆炸容器 ( 长径比为 1∶ 1) 在内部爆炸载荷作用下的爆炸流场进行 了数值模拟 ,得到内部流场的规律 . 数值模拟表明 ,在筒体和封头的结合处会形成三波汇聚的现象 ,压力急剧增加 , 正压作用时间变长 . 实验研究爆炸容器内壁面在不同药量 TN T 作用下的爆炸载荷大小 ,拟合得到超压 TN T 基准 方程 ,探讨了在爆炸容器内实现对含铝炸药威力评价的方法 . 含铝炸药 RDX/ Al 在比例距离 1. 77 处的超压 TN T 当量平均值为 1. 22. 关键词 : 爆炸容器 ; 威力评价 ; 超压基准方程 ; 含铝炸药 ; TVD 格式 中图分类号 :O381 文献标识码 :A 文章编号 :10042499X ( 2008) 0120076204
基于VR技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件设计
㊀第１５卷㊀第４期㊀２０１９年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀中国安全生产科学技术ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.１５Ｎｏ.４㊀Ａｐｒ.２０１９㊀收稿日期:２０１８－１０－１９∗基金项目:国家重点研发计划课题(２０１６ＹＦＣ０８０２１０４ꎬ２０１７ＹＦＣ０８０５８００)㊀作者简介:刘婉莹ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向为油气储运安全技术ꎮｄｏｉ:１０ １１７３１/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７３￣１９３ｘ.２０１９ ０４ ０２６㊀㊀基于ＶＲ技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件设计∗刘婉莹ꎬ侯㊀磊ꎬ伍星光ꎬ刘莹莹(中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室ꎬ北京１０２２４９)摘㊀要:为了研究大型储罐事故后果的严重性ꎬ针对大型储罐火灾爆炸试验难以实施的情况ꎬ以虚拟现实技术为研究手段ꎬ重现大型储罐火灾和爆炸事故过程ꎻ通过对储罐火灾和爆炸事故进行理论分析ꎬ优选出大型储罐火灾爆炸事故后果数学模型ꎻ基于某商业原油储备库布置ꎬ利用３ＤｓＭａｘ软件对库区进行建模ꎬ结合Ｑｔ界面编写技术和ＯＳＧ粒子效果技术进行交互式设计ꎬ划分火灾和爆炸２大仿真模块ꎬ设计各模块下属基本功能ꎬ形成１套基于真实场景的大型储罐火灾爆炸事故后果三维仿真模拟软件ꎮ研究结果表明:基于ＶＲ技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件具有较强的沉浸感和交互性等特点ꎬ能够实时仿真大型储罐火灾爆炸事故动态演变过程ꎬ降低大型储罐火灾爆炸试验成本ꎬ同时为制定事故应急预案和应急处置措施提供科学参考ꎮ关键词:储罐ꎻ火灾ꎻ爆炸ꎻ模拟ꎻ石油ꎻ虚拟现实中图分类号:Ｘ９３７ꎻＴＥ８８㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７３－１９３Ｘ(２０１９)－０４－０１６７－０７Ｄｅｓｉｇｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎｏｆｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｂａｓｅｄｏｎＶＲｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬＩＵＷａｎｙｉｎｇꎬＨＯＵＬｅｉꎬＷＵＸｉｎｇｇｕａｎｇꎬＬＩＵＹｉｎｇｙｉｎｇ(ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＰｉｐｅｌｉｎｅＳａｆｅｔｙꎬＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ(Ｂｅｉｊｉｎｇ)ꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０２２４９ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔｓｏｆｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋꎬａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋａｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔꎬｔｈｅｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎａｃｃｉｄｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｗｅｒｅｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ(ＶＲ)ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｐｒｅｆｅｒｒｅｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｎｔｈｅｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎａｃｃｉｄｅｎｔｓｏｆｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎａｃｃｉｄｅｎｔｓｏｆｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆａｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｃｒｕｄｅｏｉｌｒｅｓｅｒｖｅｄｅｐｏｔꎬｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｎｔｈｅｄｅｐｏｔａｒｅａｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅ３ＤｓＭａｘｓｏｆｔｗａｒｅꎬａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅＱｔｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈｔｈｅＯＳＧｐａｒｔｉｃｌｅｅｆｆｅｃｔｔｅｃｈｎｏｌｏ￣ｇｙ.Ｔｗｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｓｏｆｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎｗｅｒｅｄｉｖｉｄｅｄꎬｔｈｅｎｔｈｅｂａｓｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｅａｃｈｍｏｄｕｌｅｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄꎬａｎｄａｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｔｈｅｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎａｃｃｉｄｅｎｔｓｏｆｔｈｅｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅａｌｓｃｅｎｅｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｏｎｔｈｅｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎｏｆｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＶＲｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｓｔｒｏｎｇｉｍｍｅｒｓｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｉｔｙꎬｗｈｉｃｈｃａｎｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｖｏｌｕ￣ｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎａｃｃｉｄｅｎｔｓｏｆｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｉｎｒｅａｌｔｉｍｅꎬａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｓｔｏｆｆｉｒｅａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ.Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｃｃｉｄｅｎｔｐｌａｎｓａｎｄｅｍｅｒｇｅｎｃｙｄｉｓｐｏｓａｌ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋꎻｆｉｒｅꎻｅｘｐｌｏｓｉｏｎꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｐｅｔｒｏｌｅｕｍꎻｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ(ＶＲ)０㊀引言目前ꎬ我国已建设约７０００座大型储罐ꎬ石油储罐单罐容量最大可达２０万ｍ３ꎮ随着储存危险品容积的增大ꎬ其安全风险更加突出ꎮ２０１３年６月ꎬ大连某石化公司发生１起储油罐爆炸事故ꎬ结果造成２人失踪ꎬ２人重伤ꎻ２０１３年１１月ꎬ青岛某石化企业发生爆炸事故ꎬ事故造成６２人死亡㊁１３６人不同程度受伤ꎬ直接经济损失达７.５亿元[１]ꎮ因此ꎬ大型储罐火灾和爆炸事故的防控是储油罐区安全工作的重要内容ꎮ目前ꎬ虚拟现实技术在我国石油化工安全方面的应用已经取得了一些进展ꎮ王俊杰等[２]利用ＧＩＳ㊁ＡＪＡＸ和ＶＲＭＬ等技术绘制电子地图ꎬ模拟工厂内部实际场景ꎬ开发了某化工厂的安全培训演练仿真系统ꎻ周德闯[３]㊁韩冬[４]和张俊杰等[５]均采用ＭｕｌｔｉＧｅｎＣｒｅａｔｏｒ/３ＤｓＭａｘ建模软件构建虚拟现实场景ꎬ在ＶｅｇａＰｒｉｍｅ仿真环境中分别研究了大空间火灾的实时仿真ꎬ库区火灾的消防救援和有毒气体扩散泄漏仿真工作ꎻ刘永立等[６]㊁侯建明等[７]基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ虚拟仿真平台设计出煤矿火灾应急救援系统ꎻ玄令岐[８]结合ＵＥ４和ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ平台对矿井火灾蔓延进行了研究ꎮ但上述研究中ꎬ应用粒子系统时未考虑危险源特性和事故发生原因ꎬ导致火焰形态与真实情况相差较大ꎻ另外ꎬ对于事故预防㊁发生和后果分析等问题主要侧重于单一方面进行研究ꎬ鲜有结合事故发生的全过程进行研究ꎮ针对以上问题ꎬ本文在研究火焰动态变化时ꎬ修正粒子系统参数ꎬ添加黑烟动态模型ꎬ使火灾形态更加接近储罐火灾爆炸真实情况ꎻ选用适合于大型储罐的火灾爆炸模型进行模拟计算ꎬ使事故后果预测更加准确ꎻ将事故发生原因㊁演变过程㊁事故后果等研究工作进行结合ꎬ集成于仿真软件中ꎻ通过软件对大型储罐火灾爆炸事故后果进行分析ꎬ判断火灾爆炸事故对周围人员生命和环境安全的影响程度ꎮ可为制定应急方案提供科学依据ꎮ１㊀大型储罐典型事故数学模型１.１㊀火灾理论后果模型大型储罐一般在防火堤内或密封圈处发生池火灾ꎬ并对邻近人员及设备产生热辐射危害ꎬ根据池火灾伤害半径来确定火灾热辐射对人员和周围环境的损害影响情况ꎮ池火灾火焰的特征参数通常包括火焰直径㊁火焰最大高度和平均燃烧速率等ꎮ１.１.１㊀火焰高度模型火焰高度是池火灾关键特征参数ꎬ也是事故三维演变过程模拟的重要依据ꎬ池火灾火焰高度可由Ｔｈｏｍａｓ建立的湍流扩散火焰平均可见高度模型求得[９]ꎮ无风时:ｈ＝４２Ｄｍᶄρ０ｇＤæèçöø÷０.６１(１)有风时:ｈ＝５５Ｄｍᶄρ０ｇＤ[]０.６７ω１０∗－０.２１(２)式中:ω１０∗是无量纲风速ꎬ计算公式为:ω１０∗＝ωｗ(ｇｍᶄＤ/ρｖ)１/３(３)式中:ｈ为火焰高度ꎬｍꎻＤ为液池半径ꎬｍꎻρ０为空气密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎻｇ为重力加速度ꎬ９.８ｍ/ｓ２ꎻｍᶄ为单位表面积燃料燃烧速度ꎬｋｇ/(ｍ２ ｓ)ꎻω１０∗为无量纲风速ꎻωｗ为１０米高处风速ꎬｍ/ｓꎻρｖ为原油蒸发密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎮ１.１.２㊀池火灾辐射模型比选目标热辐射通量是评判池火严重程度的关键指标ꎬ经典点源模型㊁Ｓｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型以及Ｍｕｄａｎ模型为３种常见的池火灾辐射模型[１０]ꎮ经典点源模型适用于火灾初始危害评估ꎬ预测值误差较大ꎬＳｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型以及Ｍｕｄａｎ模型较为复杂ꎬ但预测结果相对更加准确ꎮ以原油为研究对象ꎬ其理化参数见表１ꎬ为了优选出适用于大型储罐的池火辐射模型ꎬ选取直径分别为１０ꎬ３０ꎬ５０和８０ｍ的液池直径ꎬ在无风条件下通过计算对比３种模型的热辐射通量㊁设备损坏情况和人员伤亡情况ꎮ表１㊀原油理化性质Ｔａｂｌｅ１㊀Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｒｕｄｅｏｉｌ燃烧热/(ｋＪ ｋｇ－１)密度/(ｋｇ ｍ－３)导热系数/(Ｗ ｍ－１ Ｋ－１)比热容/(ｋＪ ｋｇ－１ Ｋ－１)燃烧速率/(ｋｇ ｍ－２ ｓ－１)４２９００８４００.１５２.４０.０７８１㊀㊀利用３种辐射模型ꎬ分别计算４种不同液池直径发生池火灾后的目标热辐射通量随目标到液池中心距离的变化关系ꎮ图１为目标热辐射通量随目标与液池中心间的距离变化趋势ꎮ由图１可见ꎬ在不同液池直径下ꎬ目标热通量均随目标到液池中心距离的增大而减小ꎻ在Ｄ＝１０ｍ的情况下ꎬ３种模型计算结果相近ꎬ均可适用ꎻ随着液池直径增大ꎬ计算结果相差明显ꎬ与点源模型相比ꎬＭｕｄａｎ模型和Ｓｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型目标热辐射通量更大ꎻ当目标距液池中心较小时ꎬＳｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型的热通量值最为保守ꎬ宜采用Ｓｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型作为池火热辐射模型ꎻ当目标距液池中心较大时ꎬＭｕｄａｎ模型计算的热通量值超过Ｓｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型ꎬ采用Ｍｕｄａｎ模型最为合适ꎮ根据热辐射伤害准则[１１]ꎬ分别计算３种模型池火灾伤害范围ꎬ分析对设备损坏和人员伤亡情况ꎮ计算结果表明ꎬ当液池直径较小时ꎬ３种模型死亡半径㊁轻伤半径和轻微伤半径接近ꎻ随着液池直径增大ꎬ３种模型伤害半径差值逐渐扩大ꎬ与点源模型相比ꎬＳｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模８６１ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀中国安全生产科学技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１５卷图１㊀不同液池直径下的目标热辐射通量趋势Ｆｉｇ.１㊀Ｔｒｅｎｄｏｆｔａｒｇｅｔｈｅａｔｆｌｕｘａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒｓ型和Ｍｕｄａｎ模型伤害半径较大ꎻ随着伤害程度减小ꎬＭｕｄａｎ模型伤害半径逐渐超过Ｓｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型ꎬ但相对于点源模型ꎬＳｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型与Ｍｕｄａｎ模型伤害半径计算结果相差较小ꎮ综合考虑液池直径和池火灾热辐射伤害范围ꎬ对于大型储罐的危险工况ꎬ液池直径较大ꎬＳｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型和Ｍｕｄａｎ模型较为适用ꎮ根据池火灾影响范围进一步分析ꎬＭｕｄａｎ模型可以计算出确保人员安全撤离的最大保守距离ꎬ与Ｓｈｏｋｒｉ￣Ｂｅｙｌｅｒ模型相比ꎬ该模型的优点在于有风和无风条件下均适用ꎬ最终确定ꎬ采用Ｍｕｄａｎ模型作为池火辐射模型ꎮ１.２㊀爆炸理论后果模型大型储罐的爆炸事故分为罐内爆炸和罐外爆炸ꎮ当大型储罐发生泄漏ꎬ若不及时发现ꎬ泄漏出来的油品在空气中不断蒸发ꎬ当油蒸气浓度达到爆炸极限时ꎬ暴露在明火中就会发生蒸气云爆炸ꎬ这称为罐外爆炸ꎻ当清洗油罐时储罐内残留高浓度的油蒸气ꎬ空气进入储罐并混合ꎬ达到爆炸极限并用明火点燃便会发生蒸气云爆炸ꎬ这种情况称为罐内爆炸ꎮ对于蒸气云爆炸ꎬ事故模型主要包括ＴＮＴ等效模型[１２]㊁ＴＮＯ多能法[１３－１４]㊁Ｂａｋｅｒ￣Ｓｔｒｅｈｌｏｗ模型[１５]等ꎮＴＮＴ等效模型原理是利用ＴＮＴ质量计算燃料质量ꎬ该模型简单易懂ꎬ广泛应用于蒸气云爆炸事故后果的计算ꎬ事故后果预测效果更为准确ꎮ因此ꎬ确定选用ＴＮＴ等效模型作为蒸气云爆炸事故后果模型ꎮ２㊀应用ＶＲ技术的大型储罐事故仿真软件设计㊀㊀基于ＶＲ技术的大型储罐火灾爆炸事故仿真软件设计流程如图２所示ꎮ使用３ＤｓＭａｘ软件对真实场景进行建模ꎬ应用Ｑｔ软件编写软件界面控件ꎬ将库区虚拟现实场景和Ｑｔ界面嵌入ＶＳ２０１０软件中ꎬ编入火灾爆炸事故后果模型ꎬ应用ＯＳＧ粒子系统编写火灾爆炸效果ꎬ最终跨平台整合形成一套软件ꎮ图２㊀仿真软件设计流程Ｆｉｇ.２㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｆｌｏｗｃｈａｒｔ２.１㊀软件功能设计基于ＶＲ技术的大型储罐火灾爆炸事故三维仿真模拟软件的功能主要包括３Ｄ场景模拟与管理模块㊁火９６１㊀第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀中国安全生产科学技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀灾计算模拟评估模块和爆炸计算模拟评估模块ꎮ２.１.１㊀软件功能模块软件各功能模块间的关系如图３所示ꎬ通过分析软件系统的功能需求ꎬ将本仿真软件分解为３大模块分别进行应用程序界面设计ꎮ２.１.２㊀数据处理软件系统中主要功能㊁系统与外部环境间的输入输出㊁系统内部处理和数据存储等情况可通过数据流程图体现ꎮ在三维场景管理模块中ꎬ通过读取道路㊁建筑物㊁绿地㊁大型储罐区的地理坐标以及属性数据ꎬ在后台对数据进行处理ꎬ利用平移㊁放大/缩小和旋转等三维场景操作管理机制ꎬ将三维虚拟场景以人机交互的方式显示在软件界面上ꎮ在池火灾和爆炸模拟模块中ꎬ在单元界面上设置参数后ꎬ通过自动进行三维可视化计算ꎬ对池火和蒸气云爆炸演变过程进行仿真模拟ꎬ计算结果存储于文件中ꎬ以便于数据处理与分析ꎮ图３㊀软件功能模块之间的关系Ｆｉｇ.３㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｏｆｔｗａｒｅｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｓ２.２㊀３ＤｓＭａｘ软件和Ｑｔ软件在三维仿真软件中的应用㊀㊀利用３ＤｓＭａｘ建模软件对石油储备库区的真实场景进行建模㊁纹理贴图和渲染ꎬ３ＤｓＭａｘ建模的优势在于能够增强库区场景的质感ꎬ使三维场景更加接近真实环境ꎻ通过Ｑｔ软件编写界面实现人机交互ꎬ完成大型储罐事故后果的三维动态展示的前期工作ꎮ２.２.１㊀３ＤｓＭａｘ建模软件的应用以某原油商业储备库布置图为依据对真实场景建模ꎬ应用３ＤｓＭａｘ软件进行精简建模ꎬ利用材质贴图表现库区中模型对象的细节ꎬ例如通过草坪㊁水泥和水波等图片对材质进行贴图ꎬ使简单平面模型对象呈现出绿地㊁水泥地或水池等不同场景效果ꎮ制作完毕后利用３ＤｓＭａｘ默认的渲染器进行渲染ꎬ图４为库区全局渲染效果ꎮ２.２.２㊀Ｑｔ软件的应用为了编制软件中火灾爆炸各单元模块界面ꎬ需要采用支持２Ｄ/３Ｄ图形渲染的用户界面软件ꎬＱｔ作为１个支持２Ｄ/３Ｄ图形渲染的跨平台图形用户界面软件ꎬ易扩展ꎬ界面简洁大方ꎮ全面积火灾模块单元用户界面如图５所示ꎮ在该单元界面中ꎬ能够实现数据存储和界面切换等功能ꎮ２.３㊀ＯＳＧ粒子系统在三维仿真软件中的应用ＯＳＧ粒子系统是整个软件的关键部分ꎬ主要用于模０７１ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀中国安全生产科学技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１５卷图４㊀库区全局渲染效果Ｆｉｇ.４㊀Ｔａｎｋｒｅｎｄｅｒｉｎｇａｒｅａｒｅｎｄｅｒｉｎｇｅｆｆｅｃｔ图５㊀全面积火灾界面Ｆｉｇ.５㊀Ｆｕｌｌａｒｅａｆｉｒｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ拟火灾爆炸动态效应ꎮ利用无限个带有生命属性的微小颗粒来描述火焰的不规则形状[１６]ꎮ每个火焰粒子具有形状ꎬ大小ꎬ颜色ꎬＡｌｐｈａ透明度ꎬ运动速度ꎬ加速度ꎬ运动方位和生命周期等８个基本特征属性ꎬ均为随时间进行变化ꎮ粒子位置的变化取决于其自身受力的作用[１７]ꎬ在火灾爆炸中ꎬ主要受重力和风力作用ꎮ假设粒子位置是匀速变化的ꎬ利用质量燃烧速率代表火焰粒子速度ꎬ随着时间步长的增加ꎬ粒子在三维空间中位置变化由式(４)计算ꎮＰ＝Ｐ０＋ʏＶｄｔ(４)式中:Ｐ为粒子的空间位置ꎻＰ０为粒子的初始空间位置ꎻＶ为粒子的运动速度ꎬｍ/ｓꎻｔ为时间ꎬｓꎮ火焰动态模拟过程如下:产生并初始化火焰粒子ꎬ然后确定火焰粒子的寿命ꎬ如果寿命值为０ꎬ火焰粒子消亡ꎻ如果寿命值不为０ꎬ则利用质量燃烧速率㊁火焰直径㊁火焰最大高度和燃烧持续时间ꎬ在下一时间步长中进行迭代更新属性参数ꎬ如火焰粒子的速度㊁位置㊁颜色和生命周期等ꎮ火焰高度决定粒子高度的上限值ꎬ燃烧时间决定粒子生命周期ꎬ火焰颜色由生命周期控制ꎮ对于爆炸场景ꎬ冲击波超压的持续时间即是虚拟现实中爆炸持续时间ꎬ以显示爆炸瞬时的演变过程ꎮ将更新程序与粒子系统关联后添加到场景中呈现出火焰动态效果ꎮ随燃烧时间的推移ꎬ火焰颜色由明转暗ꎬ若火焰粒子生命值为０ꎬ粒子颜色变为透明ꎬ在场景中删除消失的粒子ꎬ直到全部粒子均消失ꎬ火焰动态模拟过程结束ꎮ烟雾的模拟过程与火焰模拟基本相同ꎬ区别在于烟雾的颜色是由淡转浓ꎬ且位置坐标高于火焰位置ꎮ３㊀基于交互式的真实场景中火灾爆炸事故三维模拟展示３.１㊀全面积火灾案例某原油商业储备库区内ꎬ大型储罐单罐容积为１０万ｍ３ꎬ直径为８０ｍꎬ高度为２１.８ｍꎻ原油的密度为８４０ｋｇ/ｍ３ꎬ燃烧热值为４３８９０ｋｇ/ｋＪꎬ质量燃烧速率为０.０７８１ｋｇ/(ｍ２ ｓ)ꎬ利用Ｍｕｄａｎ模型对单罐进行求解ꎬ经过计算得到池火灾演变过程如图６所示ꎬ火焰从小到大ꎬ由于油品的不完全燃烧ꎬ火焰外部有大量黑烟生成ꎮ利用Ｍｕｄａｎ模型求得目标热辐射通量与目标到液池距离之间的关系ꎬ求得火焰高度为７９.５ｍꎬ大气透过率为０.７８ꎬ火焰高度和液池直径２个参数将作为虚拟现实中池火灾火焰形态的最大上限值ꎬ用来控制事故演变过程ꎬ根据热辐射伤害准则ꎬ通过目标热辐射通量判断生命财产损失程度ꎮ通过事故后果计算得ꎬ当目标热辐射通量大于２５ｋＷ/ｍ２ꎬ即人员设备距液池３９.５ｍ时ꎬ人员死亡率达到图６㊀全面积火灾的演化过程Ｆｉｇ.６㊀Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆａｆｕｌｌ￣ａｒｅａｆｉｒｅ１７１ ㊀第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀中国安全生产科学技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀１００％ꎬ储罐失效ꎻ当目标热辐射通量小于１.６ｋＷ/ｍ２ꎬ人员设备均处于安全状态ꎬ因此最大人员安全撤离距离为３３８ｍꎬ下一步即可制定应急消防和救援方案ꎮ３.２㊀爆炸案例对于单罐ꎬ原油理化参数同上ꎬ假设有５ｍ３体积的原油泄漏蒸发引发爆炸事故ꎬ利用ＴＮＴ等效模型进行求解ꎬ经过计算得到罐外爆炸演变过程如图７所示ꎬ由于爆炸时间极短ꎬ因此爆炸效果是瞬时过程ꎮ利用ＴＮＴ等效模型爆炸求得目标位置在１ｍ时ꎬ最大冲击波超压为３７７０ｋＰａꎬ到达最大冲击波的时间为０.３６１ｍｓꎬ冲击波的持续时间为０.２０９ｍｓꎬ随着目标距离的增加ꎬ冲击波超压峰值呈指数型下降ꎮ目标距离与冲击波超压㊁冲击波持续时间和冲击波到达目标时间的关系如图８所示ꎮ由图８(ａ)可见ꎬ目标距离与冲击波到达目标位置的时间为正相关关系ꎬ随着目标距离的增大ꎬ冲击波到达目标位置的时间也不断增加ꎬ但目标距离并不影响冲击波自身持续时间ꎬ如图８(ｂ)所示ꎬ冲击波持续时间基本保持在３~４ｍｓ之间ꎮ图７㊀蒸气云爆炸演变过程Ｆｉｇ.７㊀Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖａｐｏｒｃｌｏｕｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎ图８㊀冲击波超压㊁冲击波到达时间和冲击波持续时间随目标距离的变化Ｆｉｇ.８㊀Ｓｈｏｃｋｗａｖｅｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅꎬｓｈｏｃｋｗａｖｅａｒｒｉｖａｌｔｉｍｅａｎｄｓｈｏｃｋｗａｖｅｄｕｒａｔｉｏｎａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔａｒｇｅｔｄｉｓｔａｎｃｅ㊀㊀根据冲击波伤害准则ꎬ通过冲击波超压值判断生命财产损失程度ꎬ表２为人员设备损坏情况ꎬ当目标距离爆炸源２.６８ｍ时ꎬ冲击波超压大于５００ｋＰａꎬ人员死亡率１００％ꎻ当目标距离爆炸源５.５ｍ时ꎬ冲击波超压大于１００ｋＰａꎬ大部分人员死亡ꎻ当目标距离爆炸源７.８ｍ时ꎬ冲击波超压大于５０ｋＰａꎬ人员内脏严重损伤或死亡ꎻ只有当目标距离爆炸源大于１３.８ｍ时ꎬ冲击波超压小于２０ｋＰａꎬ人员才处于安全状态ꎮ表２㊀人员设备损坏情况Ｔａｂｌｅ２㊀Ｐｅｒｓｏｎｎｅｌａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｄａｍａｇｅ冲击波超压/ｋＰａ目标距离/ｍ人体伤害情况建筑物破坏情况２０００１.５０人员死亡玻璃全部破碎５００２.６８人员死亡玻璃部分破碎１００５.５０大部分人员死亡玻璃部分破碎５０７.８０内脏严重损伤或死亡玻璃部分破碎３０１０.４０听觉器损伤或骨折２０１３.８０轻微伤害４㊀结论１)以人员保守安全撤退距离为依据ꎬ对多种池火灾辐射模型和蒸气云爆炸模型进行比选ꎬ确定采用Ｍｕｄａｎ模型进行大型储罐池火灾的热辐射通量计算ꎬ采用ＴＮＴ当量模型进行蒸气云爆炸冲击波计算ꎮ２７１ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀中国安全生产科学技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１５卷２)采用３ＤｓＭａｘ＋ＯＳＧ＋ＱＴ的开发模式ꎬ在ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ２０１０平台上开发了基于ＶＲ技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件ꎬ通过添加黑烟效果提高了火焰的逼真度ꎮ该仿真软件能够实时地对大型储罐火灾爆炸事故进行三维可视化动态仿真模拟ꎮ３)利用该软件对某火灾和爆炸工程案例进行后果模拟分析ꎬ判断池火灾热辐射和爆炸冲击波对人员和周围建筑设施的伤害损坏程度ꎬ验证了该软件实时模拟的功能ꎮ参考文献[１]㊀周靖轩.石油化工企业火灾风险管理研究[Ｄ].天津:天津大学ꎬ２０１４.[２]㊀王俊杰ꎬ蔡智聪ꎬ朱群雄.虚拟工厂安全仿真系统设计与实现[Ｊ].计算机与应用化学ꎬ２０１１ꎬ２８(３):３３８￣３４２.ＷＡＮＧＪｕｎｊｉｅꎬＣＡＩＺｈｉｃｏｎｇꎬＺＨＵＱｕｎｘｉｏｎｇ.Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎ￣ｔａｔｉｏｎｏｆｖｉｒｔｕａｌｆａｃｔｏｒｙｓａｆｅｔｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍ￣ｐｕｔｅｒｓａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１１ꎬ２８(３):３３８￣３４２. [３]㊀周德闯.基于虚拟现实平台的火灾场景计算与仿真研究[Ｄ].合肥:中国科学技术大学ꎬ２００９.[４]㊀韩冬.基于虚拟现实技术的石化火灾灭火救援场景的视景仿真[Ｄ].天津:天津师范大学ꎬ２００７.[５]㊀张俊杰ꎬ程乃伟.基于虚拟现实的毒气泄漏扩散三维仿真方法研究[Ｊ].科技传播ꎬ２０１３ꎬ５(１９):２１６￣２１７ꎬ２１３.ＺＨＡＮＧＪｕｎｊｉｅꎬＣＨＥＮＧＮａｉｗｅｉ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ３Ｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｇａｓｌｅａｋａｇｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎꎬ２０１３ꎬ５(１９):２１６￣２１７ꎬ２１３. [６]㊀刘永立ꎬ杨虎.煤矿火灾应急救援演练虚拟现实系统研究[Ｊ].矿业安全与环保ꎬ２０１３ꎬ４０(６):２２￣２５.ＬＩＵＹｏｎｇｌｉꎬＹＡＮＧＨｕ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｓｙｓｔｅｍｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｆｉｒｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｒｅｓｃｕｅｅｘｅｒｃｉｓｅ[Ｊ].ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎ￣ｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬ２０１３ꎬ４０(６):２２￣２５.[７]㊀侯建明ꎬ杨俊燕.基于虚拟现实技术开发的矿山救援虚拟仿真演练系统[Ｊ].矿业安全与环保ꎬ２０１８ꎬ４５(５):４７￣５０ꎬ５４.ＨＯＵＪｉａｎｍｉｎｇꎬＹＡＮＧＪｕｎｙａｎ.Ｍｉｎｅｒｅｓｃｕｅｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｅｒ￣ｃｉｓｅｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ[Ｊ].ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬ２０１８ꎬ４５(５)ꎻ４７￣５０ꎬ５４.[８]㊀玄令岐.基于粒子系统的煤矿火灾与烟雾仿真关键技术研究[Ｄ].青岛:山东科技大学ꎬ２０１７.[９]㊀ＴＨＯＭＡＳＰＨ.Ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｆｌａｍｅｓｆｒｏｍｎａｔｕｒａｌｆｉｒｅｓ[Ｊ].ＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎꎬ１９６３ꎬ９(１):８４４￣８５９.[１０]㊀梁柏华ꎬ袁艺朗.池火灾评价法应用于储罐区安全评价[Ｊ].广州化工ꎬ２０１３ꎬ４１(７):２２８￣２３０.ＬＩＡＮＧＢａｉｈｕａꎬＹＵＡＮＹｉｌａｎｇ.Ｐｏｏｌｆｉｒｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｐｐｌｉｅｄｉｎｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔａｎｋａｒｅａ[Ｊ].ＧｕａｎｇｚｈｏｕＣｈｅｍｉｃａｌＩｎ￣ｄｕｓｔｒｙꎬ２０１３ꎬ４１(７):２２８￣２３０.[１１]㊀宫博.石油化工企业危险性分析及评价[Ｄ].沈阳:东北大学ꎬ２００６.[１２]㊀ＢＥＹＬＥＲＣＬ.ＳＦＰＥｈａｎｄｂｏｏｋｏｆｆｉｒｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ:Ｆｉｒｅｈａｚａｒｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｌａｒｇｅꎬｏｐｅｎｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｆｉｒｅｓ[Ｍ].ＮｅｗＹｏｒｋ:Ｓｐｒｉｎｇｅｒꎬ２０１６:２５９１￣２６６３.[１３]㊀张瑞华ꎬ陈国华ꎬ张晖ꎬ等.ＴＮＯ多能法在蒸汽云爆炸模拟评价中的工程应用[Ｊ].华南理工大学学报(自然科学版)ꎬ２００６ꎬ３４(５):１０９￣１１４.ＺＨＡＮＧＲｕｉｈｕａꎬＣＨＥＮＧｕｏｈｕａꎬＺＨＡＮＧＨｕｉꎬｅｔａｌ.ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＴＮＯｍｕｌｔｉ￣ｅｎｅｒｇｙｍｅｔｈｏｄｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｓｔｅａｍｃｌｏｕｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)ꎬ２００６ꎬ３４(５):１０９￣１１４.[１４]㊀郑远攀ꎬ张应安ꎬ冯长根ꎬ等.基于多能法和概率方程的井喷爆炸后果分析[Ｊ].科技导报ꎬ２００８ꎬ２６(２１):４３￣４７.ＺＨＥＮＧＹｕａｎｐａｎꎬＺＨＡＮＧＹｉｎｇ ａｎꎬＦＥＮＧＣｈａｎｇｇｅｎꎬｅｔａｌ.Ｂｌｏｗ￣ｏｕｔｅｘｐｌｏｓｉｏｎｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉ￣ｅｎｅｒｇｙｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｅｑｕａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗꎬ２００８ꎬ２６(２１):４３￣４７.[１５]㊀ＷＯＯＤＷＡＲＤＪＬꎬＰＩＴＢＬＡＤＯＲＭ.ＬＮＧｒｉｓｋｂａｓｅｄｓａｆｅｔｙ:Ｍｏｄ￣ｅｌｉｎｇａｎｄｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ[Ｍ].ＮｅｗＹｏｒｋ:Ｗｉｌｅｙ￣ＡＩＣｈＥꎬ２０１０.[１６]㊀王静秋ꎬ钱志峰.基于粒子系统的焰火模拟研究[Ｊ].南京航空航天大学学报ꎬ２００１ꎬ２(３３):１６６￣１７０.ＷＡＮＧＪｉｎｇｑｉｕꎬＱＩＡＮＺｈｉｆｅｎｇ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆｉｒｅｗｏｒｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏ￣ｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓꎬ２００１ꎬ２(３３):１６６￣１７０.[１７]㊀吴继承ꎬ江南.虚拟现实中粒子系统的设计与应用[Ｊ].计算机仿真ꎬ２００４ꎬ１２(１１):１３７￣１４０.ＷＵＪｉｃｈｅｎｇꎬＪＩＡＮＧＮａｎ.ＤｅｓｉｇｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍｉｎＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ[Ｊ].ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬ２００４ꎬ１２(１１):１３７￣１４０.(责任编辑:王建光)３７１㊀第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀中国安全生产科学技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
《2024年甲烷球罐爆炸传播过程的数值模拟研究》范文
《甲烷球罐爆炸传播过程的数值模拟研究》篇一一、引言甲烷球罐作为储存和运输甲烷的重要设备，其安全性问题一直备受关注。
一旦发生泄漏或爆炸事故，其后果往往十分严重。
因此，对甲烷球罐爆炸传播过程进行深入研究，不仅有助于理解其物理机制，也能为预防和减少此类事故提供理论支持。
本文旨在通过数值模拟方法，对甲烷球罐爆炸传播过程进行详细研究。
二、甲烷球罐背景及研究意义甲烷是一种常见的天然气成分，由于其易燃易爆的特性，当其聚集到一定浓度后，一旦遇到火源或电火花等激发条件，便可能引发爆炸。
而甲烷球罐作为一种储存和运输设备，其安全性至关重要。
一旦发生爆炸事故，不仅会造成人员伤亡和财产损失，还会对环境造成严重污染。
因此，对甲烷球罐爆炸传播过程进行数值模拟研究具有重要的现实意义。
三、数值模拟方法及模型建立本研究采用流体动力学软件进行数值模拟。
首先，建立甲烷球罐的三维模型，并设定合理的边界条件和初始参数。
其次，根据甲烷的物理性质和爆炸特性，选择合适的物理模型和化学模型。
最后，通过求解流体动力学方程，模拟甲烷球罐的爆炸传播过程。
四、模拟结果与分析1. 爆炸传播过程描述模拟结果显示，甲烷球罐爆炸传播过程可分为几个阶段。
首先，当甲烷与空气混合达到一定浓度后，遇到激发条件（如火源、电火花等）发生爆炸。
随后，爆炸产生的能量以冲击波的形式向四周传播，同时伴随着火焰的扩散。
在传播过程中，冲击波和火焰的强度逐渐减弱，但仍然具有一定的破坏力。
2. 影响因素分析模拟结果表明，甲烷球罐爆炸传播过程受多种因素影响。
首先，甲烷的浓度对爆炸的强度和传播速度具有重要影响。
当甲烷浓度过低时，难以引发爆炸；而当浓度过高时，虽然爆炸强度增大，但传播速度会降低。
其次，环境因素如风向、温度等也会对爆炸传播过程产生影响。
此外，球罐的结构、材料等因素也会影响爆炸的传播过程。
3. 数值模拟结果与实际案例对比将数值模拟结果与实际案例进行对比分析，发现模拟结果与实际事故情况具有一定的相似性。
一种危险化学品槽罐车模拟训练设施的设计与研究
D I S A S TE R M I TI G AT I O N盛超 1 汪永禄2一种危险化学品槽罐车模拟训练设施的设计与研究摘 要危险化学品槽罐车模拟训练设施主要针对液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)、液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,简称LPG)、压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)三类罐车设计研究，可用于消防救援人员的日常实战化训练工作，实现车辆结构的准确识别，辅助开展灭火堵漏、关阀断料、物料输转等多科目的日常训练和专业化教学。
本文首先介绍了当前国内外该类模拟训练设施的现状及存在的不足，结合三类槽罐车的不同结构及事故处置特点，将LPG 、LNG 、CNG 三类槽车中具有代表性的功能结构按照1:1的比例进行融合，提出一种创新的“三合一”设计理念和实际研究。
关键词：LPG 、LNG 、CNG 模拟训练设施 三合一危险化学品事故按照发生阶段分类，可分为生产、运输、储存、经营、使用与回收5个阶段。
据统计，77％的事故发生在运输阶段，而相对管道运输、铁路运输以及水路运输，公路运输引起的事故占到总数的72％，其中涉及到LPG 、LNG 、CNG 的运输事故高达32%。
2012年“10·6” 湖南怀化LPG 槽罐车侧翻泄漏爆炸事故造成3名消防员当场牺牲，多名消防员受伤；2016年“12.31”甘肃庆阳CNG 槽罐车爆燃事故造成周边多部车辆受损，现场救援难度极大。
2017年浙江杭长高速“10·17”LNG 槽罐车泄漏事故，现场无处置条件，高速公路全程封道并护航至安徽广德后才得到了安全处置。
此类事故具有突发性强、危险性高、处置难度大等特点，而绝大部分基层消防指战员缺乏相应的实战经验，因此，设计和开发一款安全、经济、多元化的模拟训练设施，辅助于日常实战化训练，积累指挥和作战经验，非常必要。
笔者结合多年消防工作经验，将LPG 、LNG 、CNG 三类槽车中具有代表性的结构部位按照1:1的比例进行融合，设计出“三合一”模拟训练设施，可真实地还原公路运输过程中的各类突发事故，具有可操作性和安全可控性，既可实现车辆结构的准确识别，又可辅助开展灭火堵漏、关阀断料、物料输转等多科目的日常训练和专业化教学。
化工厂爆炸仿真模拟实验报告摘要
化工厂爆炸仿真模拟实验报告摘要
在第三次工业革命的推动下，人类社会进入了信息时代。
由于新技术革命，现代科学与技术蓬勃发展起来，使得我们所处的这个世界正在经历着巨大而深刻的变化。
计算机技术、网络通讯技术等信息技术渗透到社会生产、管理和日常生活中，使当今世界的联系更加密切，整合更为有效，对于国家综合竞争力的提高具有重要意义。
同样，化工作为一门传统行业也面临着严峻挑战，如何能够利用最先进的科技手段去改造传统行业已成为一项迫在眉睫的任务。
因此，对化工过程开展研究就显得尤其必要。
实验内容：实验目的:化工厂爆炸仿真模拟实验是基于化工原理
的专业课程之一，它主要介绍了化工单元操作的基本知识以及典型化工单元操作的基础数据，并且还详细地阐述了化工安全问题。
本实验可以让学生掌握化工单元操作的基本方法，熟悉各种仪表的结构特点，培养学生分析解决问题的能力，增强学习兴趣，激励创新精神。
实验原理：化工厂爆炸仿真模拟实验采用的是物质的燃烧热公式，即 Q= cm△t，其中 c 为气体常量， t 为绝对温度， q 为燃料的热值。
该公式适用于任何状态下的混合气体或纯净液体。
在不考虑摩擦阻力的情况下，若把混合气体看做理想气体，则 C= nRT，其中 n 为摩尔数，R 为气体常数， T 为绝对温度。
根据上述公式，只需测出混合气体
的燃烧热，再将燃烧热除以混合气体的摩尔数，便可求出混合气体的热值。
- 1 -。
《罐状空间内含煤尘瓦斯爆炸流场结构演化过程实验研究》
《罐状空间内含煤尘瓦斯爆炸流场结构演化过程实验研究》篇一一、引言在矿井安全领域，煤尘瓦斯爆炸是一个备受关注的重要问题。
了解其流场结构演化过程，对于预测和控制煤尘瓦斯爆炸，保障矿工生命安全，具有重要意义。
本实验通过模拟罐状空间内煤尘瓦斯的爆炸过程，对其流场结构演化过程进行了深入研究。
二、实验装置与材料本实验采用高精度压力传感器、高速摄像机等设备，搭建了罐状空间模拟实验平台。
实验材料包括煤尘、瓦斯等。
所有设备均经过严格检测和校准，确保实验数据的准确性。
三、实验方法与步骤1. 准备实验环境：在实验室内搭建罐状空间模拟装置，确保其密闭性良好。
2. 配置煤尘瓦斯混合物：按照一定比例将煤尘和瓦斯混合均匀，作为实验用料。
3. 启动实验：将混合物充入罐状空间内，点燃引爆装置，观察并记录爆炸过程。
4. 数据采集：通过高速摄像机记录爆炸过程中的流场变化，同时使用压力传感器记录压力变化。
5. 数据处理与分析：将采集到的数据导入计算机，进行后期处理和分析。
四、实验结果与分析1. 流场结构演化过程：通过高速摄像机记录的图像，我们可以清晰地看到罐状空间内煤尘瓦斯爆炸的流场结构演化过程。
在初始阶段，爆炸能量迅速传播，形成高速流动的火焰前锋；随着能量的释放，火焰前锋逐渐扩大，流场结构发生变化；最后，火焰前锋逐渐衰减，流场趋于稳定。
2. 压力变化规律：通过压力传感器记录的数据显示，在煤尘瓦斯爆炸过程中，罐内压力迅速上升，达到峰值后逐渐下降。
这一变化与流场结构的演化密切相关。
3. 影响因素分析：本实验还探讨了煤尘瓦斯浓度、罐体尺寸等因素对流场结构演化的影响。
结果表明，这些因素均会影响流场的传播速度、范围和持续时间。
五、讨论与结论通过本实验研究，我们得出以下结论：1. 罐状空间内煤尘瓦斯的爆炸流场结构演化过程可分为三个阶段：初始阶段、中期阶段和稳定阶段。
在初始阶段，火焰前锋迅速传播；中期阶段，流场结构发生变化；稳定阶段，火焰前锋逐渐衰减，流场趋于稳定。
《罐状空间内含煤尘瓦斯爆炸流场结构演化过程实验研究》范文
《罐状空间内含煤尘瓦斯爆炸流场结构演化过程实验研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，煤矿生产过程中的安全问题日益突出，其中煤尘瓦斯爆炸是威胁矿工生命安全的主要灾害之一。
为了深入理解煤尘瓦斯爆炸的流场结构及其演化过程，本研究通过实验手段对罐状空间内含煤尘瓦斯的爆炸过程进行了深入研究。
本文将详细介绍实验设计、实验过程以及实验结果，以期为煤矿安全提供理论支持和实践指导。
二、实验设计1. 实验装置：本实验采用罐状空间作为实验装置，其材质为耐高温、耐压的特种合金钢。
罐体内部尺寸适中，便于观察和测量。
2. 实验材料：实验用煤尘选取自某煤矿，经过筛选、研磨等处理，确保粒度分布均匀。
瓦斯气体为甲烷，纯度较高。
3. 实验方法：通过控制瓦斯浓度、煤尘浓度、点火能量等参数，模拟煤矿实际生产过程中的煤尘瓦斯爆炸情况。
同时，采用高速摄像机和压力传感器等设备，记录爆炸过程中的流场结构和压力变化。
三、实验过程1. 准备阶段：将实验装置、实验材料和测量设备准备好，确保各项参数设置正确。
将煤尘与瓦斯充分混合，并充入罐状空间内。
2. 实验操作：点燃煤尘瓦斯混合物，观察并记录爆炸过程中的流场结构和压力变化。
重复实验，以获取更多数据。
3. 数据处理：将实验数据整理成表格和图表，进行统计分析。
利用专业软件对高速摄像机和压力传感器的数据进行处理和分析。
四、实验结果1. 流场结构演化过程：通过高速摄像机记录了煤尘瓦斯爆炸过程中的流场结构演化过程。
实验发现，爆炸初期，火焰传播速度较快，随着能量的释放，火焰逐渐扩展至整个罐状空间。
在此过程中，煤尘和瓦斯气体在高温高压下发生化学反应，产生大量热能和气体，导致流场结构发生剧烈变化。
2. 压力变化：通过压力传感器记录了罐状空间内的压力变化。
实验结果表明，在煤尘瓦斯爆炸过程中，压力迅速上升，达到峰值后逐渐降低。
压力的变化与流场结构的演化密切相关，反映了爆炸过程中的能量释放和传播。
3. 影响因素分析：通过改变瓦斯浓度、煤尘浓度和点火能量等参数，发现这些因素对流场结构和压力变化具有显著影响。
有限区域内核材料复合装置爆炸仿真模拟研究
第32 3期2015 9核World Nuclear GeoscienceYol.32 No.3Sept. 2015D01:10.3969/j.issn.l672-0636.2015.03.009有限区域内核材料复合装置爆炸仿真模拟研究袁伟，左莉，陈显波，陆晓鹏，李霄(第二炮兵装备研究院，北京100085)[摘要]采用计算机有限元仿真技术，设计了特定质量比例的炸药与核材料复合结构，建立了爆 炸计算模型，分析了不同工况下铀壳的 能量及动态响应过程，并开展了容器 。
计，炸不 能量 ，能量 炸，随着药 量能量迅速减少，并证明选定容器在爆炸过程中未发生明显结构变化。
有关分析结果，将作为下一步开展有限区域内核材料复合结构装置爆炸模拟试验的技术依据，以后续试验工作。
[关键词]核材料；爆炸；能量吸收；复合结构[中图分类号]TJ01;TP391.9;P619.14 [文献标志码]A[文章编号]1672-0636(2015)03-0179-08Simulation study on the explosion of nuclear materialcomposite structure in the finite regionYU A N W ei，Z U O L i，CHEN Xianbo，LUXiaopeng，LIXiao(The Secondary Artillery Equipment Academy，Beijing 100085, China)Abstract:Using finite element simulation technology，the explosives and nuclear materials composite structure were designed，the calculation model of explosion was established，the average energy absorption and dynamic response process of uranium shells under different working conditions were analyzed，and the analysis of vessel safety was also carried out.The simulation result suggests that non-contact explosion was less conducive to uranium energy absorption than contact explosion，and the average absorption energy decreases rapidly with the reduce of medicine shell mass ratio，and the structure of selected container changes little in the explosion process.The analysis results will be regarded as technology basis for composite structure device explosion simulation test in the next step so as to guide the subsequent work.Key words：nuclear materials；explosion;energy absorption；composite structure随着军事现代化建设的快速发展，涉核 面临的核事故风险日趋增大。
化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究绪论
化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究绪论化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究绪论[摘要]随着化学工业和石油化学工业的发展，生产装置变的越来越自动化、连续化、大型化、复杂化，石化企业生产过程处理和储存的易燃、易爆的危险物种类和数量也越来越多，一旦这些物质的正常运行状态遭到破坏，就有可能导致重大爆炸事故，将会导致巨大的人员伤亡、财产损失和环境破坏。
爆炸灾害影响范围大，事故的发生具有突发性、灾难性、复杂性和社会性。
进行典型化工过程爆炸灾害的发生、发展与防治机理研究，建立爆炸灾害模拟评价理论模型与开发防灾决策支持系统，是建立和完善社会防灾体系及提高社会应急救援能力的重要内容之一，具有重要研究价值和社会现实意义。
本文重点研究了典型化工过程中发生的重大爆炸灾害事故模式：蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气爆炸。
通过对化工和石油化工行业中发生的化工典型爆炸灾害事故案例的剖析、归纳总结、提炼，提取了这两种爆炸事故的发生、发展机理、相关条件、影响因素、事故特性、伤害机理和各种事故模式。
并建立了危险品物性数据库、典型事故案例数据库和典型化工过程爆炸灾害事故模式知识库。
对现有的爆炸灾害模拟评价方法和模型进行了归纳和对比计算，分析了各个模型的优缺点及适用范围，继而给出了两种灾害性爆炸事故的事故后果及严重度模拟与评价理论模型，包括爆炸火球模型、爆炸冲击波空间分布及伤害模型，热辐射剂量空间分布及伤害模型，人员伤亡模型及财产损失评价模型。
研究分析了爆炸灾害破坏和伤害形式，总结了适用气云爆炸灾害后果的评价准则，提出了基于灾害模型的事故模拟相应的评价方法，建立了UVCE和BLEVE灾害后果及严重度评价指标体系，开发了相应的灾害后果模拟与评价软件系统。
对已有的系统安全评价技术方法的优缺点进行了分析和对比，继而将神经网络技术、人工智能技术、专家系统应用于开发新的系统安全评价方法，提出了基于人工神经网络的系统安全评价方法和基于神经网络的智能故障诊断专家系统模型，开发了可视化的神经网络系统，为系统安全评价与事故模式诊断提供了新思路。
空中爆炸冲击波作用的数值仿真实验研究
空中爆炸冲击波作用的数值仿真实验研究张如林;程旭东;张艳美;贾娟娟【摘要】A numerical experiment method is studied for explosive hock wave propagation in the air, and the peak overpressure calculated by various empirical formulas is compared and the difference reasons are analyzed.By using three modeling methods including LS-DYNA software, ALE algorithm and fluid-solid coupling theory, a numerical simulation technology is proposed for blast shock wave.The peak overpressure results obtained by numerical experiment are compared with blasting test measured data and the empirical formula results, which verifies the effectiveness of numerical simulation experiment.Finally, the explosion shock response of LNG storage tank was analyzed, and the diffraction process is obtained after the shock wave encountered the tank structure.The overpressure response is obtained at characteristics positions, which also shows that the proposed numerical experiment method can be used in antiknock performance studies for LNG storage tank.%研究了爆炸冲击波作用的数值仿真实验方法,分析了用经验公式计算冲击波超压峰值的差异及其原因.基于LS-DYNA软件、ALE算法和流固耦合理论建立了爆炸冲击波的数值实验方法,并将数值实验结果与爆破现场试验数据、经验公式计算结果进行对比,验证了数值仿真实验技术的有效性.分析了LNG储罐的爆炸冲击响应和冲击波超孔压响应,得到冲击波遇到储罐结构后的绕射过程.实验表明:爆炸荷载数值实验方法可用于大型LNG储罐工程的抗爆问题研究.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】6页(P110-115)【关键词】爆炸冲击波;数值仿真实验;ALE算法;LNG储罐【作者】张如林;程旭东;张艳美;贾娟娟【作者单位】中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院, 山东青岛 266580;中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院, 山东青岛 266580;中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院, 山东青岛 266580;中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院, 山东青岛 266580;中国移动通信集团山东有限公司青岛分公司, 山东青岛 266000【正文语种】中文【中图分类】O382;TJ55土木工程问题的研究方法主要有3种:理论研究、试验研究和数值计算[1]。
储罐爆炸碎片二次设备损伤三维仿真研究
储罐爆炸碎片二次设备损伤三维仿真研究化工储罐的燃烧、爆炸事故会产生具有破坏性的碎片向外抛射,一旦击中相邻罐体或其他工业设施将会引发多米诺效应。
现如今对于燃烧、爆炸的仿真以传统形式的数值和图像方式为主,随着计算机技术的飞速发展,基于三维渲染引擎开发的三维仿真技术正在逐渐迭代以往的模拟方式。
基于三维仿真的安全评价凭借立体化、直观化的沉浸式体验以及高效的数据计算,动态模拟事故现场环境,重现事故发生过程,可为事故的影响范围和危害程度做出更全面的系统安全评价。
与传统安全评价技术相比,该技术可进一步提高安全评价立体化水平,为安全管理、危险源控制提供更科学有效的依据。
本文分析了爆炸反应的机理和能量的产生及释放过程,根据其能量来源进行了分类。
对于物理性爆炸,分析其反应前后压强以及吸放热变化情况分别对气态、液态、气液混合态建立了爆炸能量释放模型。
对于化学性爆炸,分析其燃烧物质的体积和燃烧热分析其能量释放模型。
然后通过事故后果及气体膨胀做功两种方式对爆炸碎片的初速度模型做了分析,根据事故经验数据确定了爆炸碎片的抛射角,使该评价方法既可以应用于事故后果的分析,也可以应用于事故的预测。
由3ds Max建立的三维模型导入至Unity3D下进行三维环境搭建。
在分析和推导的数学模型基础上,将碎片运动模型植入三维环境中。
从软件开发的角度,选用了合适的场景配置和数据结构,之后对仿真对象进行编辑,并加以不确定性数据的抽样模块为碎片的运动数据分析及轨迹显示提供数据支持。
爆炸碎片的三维仿真试验可输出爆炸碎片在不同储罐间距下的碰撞数据、击穿数据以及碎片分布数据。
实现了操作者通过输入相关的必要仿真数据即可得出的仿真结果,用于分析爆炸碎片的影响范围和伤害大小,为事故的分析和预测提供数据参考。
测试仪器防护技术在爆炸环境中的仿真研究的开题报告
测试仪器防护技术在爆炸环境中的仿真研究的开题报告一、选题背景及研究意义随着社会经济的不断发展，危险化学品、石油化工等行业的发展也越来越迅速。
在这些行业中，容易发生爆炸、火灾等安全事故，给人们的生命财产带来威胁。
因此，如何保证工人的生命安全，切实提高工作场所的安全性，已成为这些行业管理者面临的严峻问题。
测量仪器作为常见的测试工具之一，广泛应用于工业生产、生命科学、环境保护等领域。
而在危险化学品、石油化工等行业中，测量仪器在爆炸环境中的使用会加剧场内的安全风险。
因此，如何保护测量仪器在压力、温度等极端环境下的工作稳定性，成为这些行业安全问题需要考虑的重要问题。
本研究将使用仿真技术对测量仪器在爆炸环境中的防护技术进行探究，旨在解决现有的工业生产安全问题，提高测量仪器在极端环境下的工作效率和稳定性，同时也可以为相关行业的安全管理者提供重要的决策参考。
二、研究内容和方法本研究主要针对测量仪器在爆炸环境中的防护技术进行探究。
具体研究内容包括：1. 爆炸环境中测量仪器的应用情况分析，了解测量仪器在压力、温度等极端环境下的工作特点和工作条件要求，为后续研究打下基础。
2. 利用ANSYS等仿真软件，建立测量仪器在爆炸环境中的模型，模拟不同程度的爆炸情况下测量仪器的工作环境与稳定性。
3. 分析模拟结果，研究不同的防护技术方案，包括外壳材料、涂层、密封等，分析其对仪器性能、工作稳定性的影响。
4. 最终确定最佳防护技术方案，对比各种防护技术的效果和成本，并对方案进行优化和改进。
三、预期成果和创新点通过本研究，预期能够实现以下成果：1. 建立测量仪器在爆炸环境中的仿真模型，为后续研究提供基础。
2. 分析不同防护技术方案在爆炸环境下的工作稳定性，并确定最佳的防护技术方案。
3. 为危险化学品、石油化工等行业提供有效的测量仪器防护技术解决方案，提高工作现场的安全性和效率。
本研究的创新点：1. 本研究使用了仿真技术来模拟仪器在爆炸环境中的工作条件和稳定性，能够大大提高研究效率和准确性。
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２ ０ｌ ５ ． ０ ７
Ｏｒ ｄ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｄ ｕｓ ｔ ｒ ｙ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ 设计 技 术研 究
陈 慧 能 ，杜 龙 飞 ，李 鹏 ，杨 树 彬
（ １ ．中 国 兵 器 工 业 第 ２ １ ３研 究 所 ６室 ， 西 安 ７ １ ０ ０ ６ １ ：２ ．第 二 炮 兵 驻 西 安 地 区 代 表 室 ， 西 安 ７ ｌ ０ ０ ６ ６ ）
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ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｎ ｋ ｗａ ｌ ｌ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｍｅ ｎ ｔ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｏ ｗｎ ａ ｎ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｓ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ
Ｃｈ ｅ ｎ Ｈｕ ｉ ｎ ｅ ｎ ｇ ， Ｄｕ Ｌｏ ｎ ｇ ｆ ｅ ｉ ， Ｌｉ Ｐ ｅ ｎ ｇ ， Ｙａ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｕ ｂ ｉ ｎ
（ １ ． Ｎｏ ． ６ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ， Ｎｏ ． ２ １ ３ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆＣ ｈ ｉ ｎ ａ Ｏ ｒ ｄ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｍｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｒ ｙ Ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ Ｏ ｆ ｉｃ ｆ ｅ ｏ ｆＳ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ Ａｒ ｔ ｉ ｌ ｌ ｅ ｙ ｒ ｉ ｎ Ｘｉ ’ ａ ｎ Ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ， Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｅｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｔａ ｎ ｋ
摘 要 ：针对 目前对 含 能 装置 内部 含 能材 料 作 用过程 的模 拟开 展得 不多 的 问题 ， 以爆 炸罐 结构 为 例进 行仿 真 优化
设 计技 术研 究。 利用 Ｌ Ｓ — Ｄ ＹＮＡ 有 限元 软件 对 ２种 结构 形 式爆 炸罐 的作用 过程 进 行模 拟 仿真 计 算 ，研 究分析 爆 炸罐
ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｄ ｅ ＬＳ － ＤＹＮＡ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｗａ ｓ ｄ ｏ ｗｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｎ ｋ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ
罐 内火炸 药 的作 用过 程 、罐 壁应 力 分布 和 变形 ，及 最 大应 力和 变形 所处 的位 置 。 以此 为依据 ，通 过对 ２种 结构 形 式 爆 炸罐 的应 力和 变形进 行 分析 得 出爆 炸 罐 的最 佳 结构 性 式 ，并 在此 基 础 上提 出应 开 展 的研 究 方 向。 结 果表 明 ：该 方 法 能使 含 能 结构 的研 制 方法 从 工程估 算 、实验研 究提 升到 数 字模 拟优 化设 计 ，还 能提 供 准 确 的应 力分 布和 变形结 果 。 关键 词 ：爆 炸罐 ；优 化设 计 ；模 拟 仿真 ； Ｌ Ｓ — ＤＹＮＡ 中 图分 类号 ：Ｔ Ｊ ５ １ ０ ． ３ 文 献标 志码 ：Ａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂｅ ｃ ａ ｕｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｆ ｅ ｗｅ ｒ ｔ ｏ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｅ ｔ ｉ ｃ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｅ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｗａ ｓ ｍａ ｋ ｅ ｈ ｅ ｒ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｖ ｅ ｔ ａ ｎ ｋ． Ｔｈ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗｏ ｓ ｔ ｙ ｌ ｅ ｓ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｖ ｅ ｔ ａ ｎ ｋ ｗｅ ｒ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ