池火災(zāi)沸溢早期特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、沸溢火災(zāi)是含水油品儲(chǔ)罐在生產(chǎn)、儲(chǔ)存過程中常見的一類事故。由于沸溢發(fā)生時(shí)輻射熱量急劇增大，而經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間燃燒后噴濺出的油品會(huì)波及鄰近的油罐造成二次災(zāi)害，所以，沸溢火災(zāi)被認(rèn)為是油罐火災(zāi)中最嚴(yán)重的事故模式之一。沸溢事故一旦發(fā)生，將對(duì)人民生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成重大損失。然而，由于沸溢現(xiàn)象非常復(fù)雜，包含了燃燒、傳熱傳質(zhì)、湍流、相變和沸騰、蒸汽爆炸等多個(gè)方面的問題，目前，人們對(duì)沸溢火災(zāi)的機(jī)理尚未完全理解，有效地阻止沸溢火災(zāi)發(fā)生的對(duì)策措施亦不成熟。因此，了

2、解沸溢火災(zāi)的特點(diǎn)和發(fā)生規(guī)律，在沸溢火災(zāi)發(fā)生前夕預(yù)報(bào)其發(fā)生，及時(shí)進(jìn)行設(shè)備防護(hù)和人員撤離，這是在現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)條件下減少沸溢火災(zāi)損失的最佳途徑之一。為此本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究。 通過對(duì)沸溢火災(zāi)的整個(gè)燃燒過程進(jìn)行分析，可將過程分為三個(gè)基本過程：準(zhǔn)穩(wěn)定燃燒階段、沸溢前兆期和沸溢發(fā)生階段。因此，正確理解沸溢前兆現(xiàn)象的機(jī)理是探索沸溢發(fā)生的首要步驟。為此，本文開展了小尺度油罐火災(zāi)沸溢模擬試驗(yàn)，通過理論分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，重點(diǎn)研究熱區(qū)形成機(jī)理

3、以及沸溢發(fā)生的條件，并探討了油層深度、不同油品含水率等因素對(duì)沸溢火災(zāi)的影響。 詳細(xì)分析了沸溢火災(zāi)熱波傳播的規(guī)律，并研究了油品組分、含水率、液面高度和油罐開口面積對(duì)熱波速度的影響。在油罐火災(zāi)的熱平衡關(guān)系的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了熱層溫度的計(jì)算公式。通過分析油水界面的傳熱特征，利用數(shù)學(xué)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立了沸溢發(fā)生時(shí)間的預(yù)測(cè)模型，并討論了模型的計(jì)算誤差。 對(duì)油罐沸溢火災(zāi)進(jìn)行了數(shù)值模擬。沸溢火災(zāi)是在開放環(huán)境下發(fā)生的有機(jī)可燃物質(zhì)的

4、劇烈燃燒，根據(jù)燃燒特點(diǎn)選擇Fluent中湍流非預(yù)混燃燒k-ε-g模型進(jìn)行模擬計(jì)算，并采用概率密度函數(shù)方法(PDF)對(duì)燃燒的產(chǎn)物組分和溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬。采用離散坐標(biāo)輻射(DO)模型和k-ε-g模型對(duì)流場(chǎng)和輻射進(jìn)行模擬，并對(duì)油罐表面的熱輻射和熱流密度進(jìn)行了模擬和計(jì)算。將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，兩者基本吻合，并對(duì)存在差異的原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明，沸溢火災(zāi)的影響因素包括燃料類型、燃燒速度、液池大小、風(fēng)速和儲(chǔ)罐類型等。 探討了油罐火災(zāi)