甲烷球罐爆炸传播过程的数值模拟研究

作     者：宋晓婷 

作者单位：华北科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：徐景德;张玉龙

授予年度：2018年

学科分类：100405[医学-卫生毒理学] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：甲烷球罐 爆炸传播 FLACS 

摘      要：据统计资料显示,2006-2015年十年内,我国共发生危险化学品重特大事故12起,事故一共导致174人死亡,每起事故的平均死亡人数约为14.5人。危险化学品事故危害大,波及范围广,对企业的安全管理产生重大的威胁,也对人民生命财产安全威胁甚广。综合危险化学品的事故过程可以总结得出,造成人身伤亡及重大财产损失的事故多源于火灾爆炸,并且多数事故是在罐体的储存和运输过程中发生的。在化工生产中,甲烷气体作为主要燃料气体之一,占据了危化品生产中很重要的一部分,因此,研究甲烷球形储罐的爆炸传播过程对于可燃气体的阻爆抑爆技术的发展有着非常重要的意义。本文运用FLACS软件,通过设置不同数量障碍物、不同口径泄漏口、不同点火点位置三种条件,模拟不同工况下甲烷球罐爆炸压力及速度的变化情况和火焰的传播规律。经过研究发现以下规律:1、球罐内圆柱形障碍物的存在会对爆炸火焰的传播产生激励效应,障碍物数量越多,则对火焰的拉伸过程越明显,球罐爆炸压力的峰值会随着圆柱体数量的增加而逐渐减小,但爆炸压力的上升速率会随着圆柱体数量的增加而增加。2、当球罐底部存在泄漏口时,会影响球罐内部最大爆炸压力和压力的上升速率,球罐内爆炸压力峰值随着泄漏口口径的不断扩大而减小。3、不同位置的点火点对甲烷球罐爆炸传播的影响为:在底部点火时产爆炸压力峰值最高、火焰拉伸情况最为明显、火焰传播速度最快,但同时,压力达到峰值所需要时间最长。同时,根据华北科技学院现有的实验平台以及中北大学新设计的的20L密闭型球形爆炸装置,按照1:50000的比例制作实验模型并进行甲烷球罐爆炸模拟实验,研究了球罐中轴线上底部到球心部分在不同的位置点火对甲烷球罐爆炸传播规律的影响。研究发现:运用FLACS软件模拟的结果与20L球罐进行实验的最终结果在反应时间、爆炸压力上升速率两组参数的变化规律上得到了一致的结论,但由于尺度效应的存在,实验研究结果和数值模拟结果仅在最大爆炸压力的变化规律一项参数上得出的结论略有偏差。