池火灾模型

点源模型
• 点源模型采用Heskestad方程估算火焰高度。 Heskestad方程是对大量包括池火和浮力射 流在内的实验数据的关联结果。 • Shokri-Beyler模型也采用这个方程计算火焰 高度。
点源模型
• 点源模型的热辐射 通量计算考虑到了 被辐射目标物与池 火焰点源之间的角 度θ， θ是指目标法 线与点源连线的夹 角。图2（a）表示 的是被辐射目标垂 直于地面时从水平 方向接受的池火焰 的热辐射通量，
三种模型适用wenku.baidu.com围的比较
• 虽然Mudan模型预测被辐射目标物从池火焰 接受的热辐射通量小于5kw· -2的结果比点 m 源模型更为可靠，但点源模型因其计算简 单得到广泛的应用；对于估算被辐射目标 物从池火焰接受的热辐射通量大于5kw· -2 m 的情况， Mudan模型预测结果与实验结果 的偏差比Shokri-Beyler模型稍大。
半经验模型
• 最常用的半经验模型有三种：点源模型、 Shokri-Beyler模型、Mudan模型。
三种模型的基本公式
点源模型
• 点源模型假设池火焰集中 在真实火焰轴线的中心点 （如图1点P所示）上。热 量从真实火焰的中心点出 发，与点源P距离为L处的 被辐射目标物接受的热辐 射通量即使在以池火点源 P为中心，以距离为L为半 径的单位面积球面在单位 时间内接受的热量。
热辐射破坏准则与伤害模型
• 热辐射破坏准则有热通量准则、热强度准 则、热通量-热强度准则。其中适用于池火 灾的是热通量准则。 • 热通量准则是以目标接受的热通量作为衡 量目标是否被破坏的参数。当目标接收的 热通量等于或大于目标被破坏的临界热通 量时，目标被伤害破坏。适用于作用时间 比目标达到热平衡所需的时间长。
点源模型的应用
• 2）被辐射目标物处的热辐射通量数值较小。 当应用点源模型计算出的热辐射通量小于 5kw· -2时，通常认为所得的结果是可用的。 m
Shokri-Beyler模型
• Shokri-Beyler模型假设池火焰为具有均匀辐 射能力的圆柱黑体辐射源，圆柱形辐射源 的直径等于液池的直径，高度为火焰高度。 Shokri-Beyler模型主要是借助火焰表面的有 效热辐射通量以及被辐射目标物与池火焰 间的视角系数（或称角系数、视角因子、 形状因子、几何系数、结构系数等）量化 池火的热辐射通量。视角系数由被辐射目 标物的位置、池火焰高度、池火直径等因 素决定，数值介于0-1之间，要分别考虑垂 直视角系数和水平视角系数。
Mudan模型
• Mudan模型把池火焰看作是一个垂直（无风 条件下）或者倾斜的（有风条件下）圆柱 形辐射源。在Mudan模型中，除了考虑池火 焰表面的有效热辐射通量和被辐射目标与 池火焰间的视角关系外，还考虑了大气投 射系数影响。对于含有大量黑烟的碳氢化 合物池火焰，其表面热辐射通量计算式可 简化为： ，其中Emax为黑 体辐射强度，140kw· -2；s为消光系数， m 0.12m-1；Es为烟尘辐射强度，20kw· -2。 m
• 式中Pr1，Pr2，Pr3分别是在火焰热辐射作 用下人员的死亡、重伤、轻伤几率值；q为 人员所处位置的热辐射通量值，t为人体暴 露于热辐射的时间。这里所说的几率值不 是一个概率值，是一个服从正态分布的随 机变量，由下式求得。
•谢谢！！
• 图2（b）表示的是被辐 射目标物平行于地面时 从垂直方向接受池火焰 的热辐射通量。若考虑 沿目标-点源连线方向的 热辐射通量，则应对水 平方向和垂直方向的热 辐射通量矢量求和。
点源模型的应用
• 点源模型考虑了近似为点源的池火焰的热释放 速率、点源与被辐射目标物的距离及位置关系 等方面的因素，是一个近似简化模型，适用范 围： • 1）被辐射目标物距离池火焰较远。点源模型 适用于估算距池火焰较远的被辐射目标物接受 的热辐射通量的量化分析。有实验研究表明， 当被辐射目标物离池火焰中心点的距离L与池 火焰直径D之比大于25时，使用点源模型估算 出的热辐射通量与实验结果相比误差为5%。
场模型
• 场模型是指在知道了要研究的物体的物理 模型和相关的一些边界条件（环境温度、 热流量、辐射温度等）和初始条件（辐射 热源压力、温度、各方向的传播速度等） 之后，利用各种CFD软件进行模拟计算。
半经验模型
• 在《危险化学品安全评价》中介绍的“池火灾 计算方法”主要有3个基本关系式：
• 其中I为热辐射强度，W/㎡；Q为总热辐射通量， W；tc为热传导系数；X为目标点到液池中心的 距离，m；r为液池半径，m；h为火焰高度， m；dm/dt为单位面积燃烧速度，kg/㎡s；ŋ为 效率因子；Hc为液体燃烧热，J/kg；ρ0为周围 空气密度，kg/m³；g为重力加速度，9.8m/s2。
Shokri-Beyler模型的应用
• Shokri-Beyler模型通过拟合分析热辐射通量的 实验数据得到了用液池直径表示池火焰表面的 有效热辐射通量。在Shokri-Beyler模型的应用 中，圆柱形辐射源的假设适用于各种条件下的 视角系数的计算。该模型的最大的不确定性在 于火焰表面有效热辐射通量的估算。 • Shokri-Beyler模型主要应用于估算被辐射目标 物从池火焰接受的热辐射通量大于5kw· -2的 m 情况。
Mudan模型
• Mudan模型采用Thomas经验公式计算火焰 高度，该经验公式根据实验室木堆垛火灾 实验数据以及量纲分析结果提出。 • 前面表格中给出了无风情况下的经验公式， 在有风的情况下要考虑无量纲风速的影响。
Mudan模型的应用
• Mudan模型可应用于无风条件下或者有风条 件下被辐射目标物从池火焰接受的热辐射 通量的估算，Mudan模型适用的热辐射通量 范围没有明确的限制。
热通量准则
热辐射伤害模型
• 在热辐射的作用下，池火灾附近的目标物 可能受到伤害，这里的目标物指可能被伤 害的任何客体，如人员、器材、建筑物或 其他结构，主要考虑对人员的伤害情况。
• 分析热辐射的伤害效应必须先确定热辐射 的伤害准则，现在比较通用的是Pietersen提 出的热辐射伤害方程式，这是在Buettner提 供的经验公式的基础上，按照一般人口考 虑，假设人的暴露面积为皮肤表面积的20%。
池火灾模型
安研622083700007 顾珊珊
池火灾模型分类
• 目前池火灾模型可以分为两大类：场模型和半 经验模型。 • 场模型（通常指计算流体力学，CFD模型）运 用计算流体力学中的Navier-Stokes方程控制的 流体流动，同时结合描述火灾中化学及物理过 程的分模型，预测火灾特性。 • 半经验模型通过无因次关系描述池火灾的几何 和辐射特点，其中的关系式由大量的实验数据 得出，如果应用没有超过有效范围，可以得到 合理的预测。