火灾环境中液化气储罐热响应行为的数值分析

【摘要】：近年来,随着液化气作为燃料在工业和日常生活中大规模的使用,液化气泄漏、容器爆炸及火灾事故日益增多,造成了大量的财产损失和人员伤亡。因此,工业界安全问题的迫切需要和其学术上的综合性、复杂性,使得当今世界各个国家都在积极组织力量,从多角度、多侧面对事故的发生机理及原因特别是火灾环境下液化气储罐的热响应进行了大量的实验和模拟研究。但是由于储罐爆炸过程的短暂性和复杂性,只靠实验研究是难以对这些事故的发生机理进行全面细致的研究。因此,各个国家开展了广泛的数值模拟研究,即在实验基础上分析物理现象,建立相应的物理模型和数学模型,借助计算机仿真技术进行模拟,这将对预测、预防、控制事故的发生、保障生产的安全运行、提高生产效益具有重要的理论价值和实践意义。 本文根据质量守恒、能量守恒以及结合国内外研究成果建立起描述火灾环境中液化气储罐热响应的偏微分方程和相应的定解条件,包括容器壁的导热微分方程、容器内介质的传热传质微分方程,由此构成火灾环境下液化气储罐热响应的数学模型。 本文对液化气储罐热响应的数学模型采用有限差分的数值方法进行求解,对于储罐壁内节点采用直接法建立差分方程,对于边界节点采用热平衡法建立差分方程,应用全隐式差分方法求解出液化气容器壁的瞬态温度分布规律。对于容器内介质采用集总参数法,将时间离散的常微分方程的差分格式,求解出液相区和气相区的温度、密度和质量的变化规律。 对于火灾环境下液化气储罐液化气热响应行为的数值分析软件系统,采用面向对象的、可视化的快速应用程序开发软件C++Builder开发了主界面,并进行数值计算以及曲线模拟,利用Access数据库软件编制了相应的数据库对国内外著名实验条件及模拟结果进行保存和提取。该软件可以对不同火焰包围情况、不同容器形状、不同充装量等各种情况下的液化气容器的热响应行为进行模拟。 通过对火灾环境下液化气储罐热响应行为的数值模拟结果和HSE(英国健康与安全署)实验结果的比较可知,模拟结果与实验结果基本吻合,从而验证了 【关键词】：火灾 液化气 热响应 数值模拟 有限差分
【学位授予单位】：南京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TE88
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 引言11-20
• 1．1 主要研究目的及意义11-13
• 1．2 国内外研究概况及发展动态13-19
• 1．2．1 国外研究现状及发展动态13-15
• 1．2．2 国内研究现状及发展动态15-19
• 1．3 主要研究内容19-20
• 第二章 液化气物性分析及数据计算20-30
• 2．1 液化石油气的燃爆特性20-23
• 2．1．1 液化石油气的理化性质20-21
• 2．1．2 液化气的燃爆特性21
• 2．1．3 液化气的火灾爆炸事故特点21-23
• 2．2 液化气物性数据计算23-28
• 2．2．1 蒸发潜热23-24
• 2．2．2 密度24
• 2．2．3 比焓24-26
• 2．2．4 粘度26
• 2．2．5 导热系数26-27
• 2．2．6 比热容27-28
• 2．2．7 蒸气压28
• 2．3 小结28-30
• 第三章 液化气储罐热响应的数学模型30-49
• 3．1 物理模型概述30-33
• 3．2 数学模型33-43
• 3．2．1 储罐外火灾环境模型34-35
• 3．2．2 容器壁热响应模型35-38
• 3．2．3 容器内介质热响应模型38-43
• 3．3 所需参数模型43-48
• 3．3．1 火焰与储罐壁对流换热系数43-44
• 3．3．2 液相区与储罐壁之间的对流及沸腾换热系数44-45
• 3．3．3 储罐内壁与气相区之间的自然对流换热系数45-46
• 3．3．4 液相区(即气相区)蒸发量计算模型46
• 3．3．5 边界层区与过冷液相区之间的传质系数46-48
• 3．3．6 安全阀传质速率模型48
• 3．4 小结48-49
• 第四章 液化气储罐热响应的数值解法49-58
• 4．1 差分方法概述49-50
• 4．2 差分方程50-57
• 4．2．1 容器壁热响应计算的差分格式50-54
• 4．2．2 容器内介质热响应差分计算格式54-57
• 4．3 小结57-58
• 第五章 液化气储罐热响应的模拟软件系统58-74
• 5．1 模拟软件开发工具的选择58-59
• 5．2 模拟软件开发过程59-69
• 5．2．1 软件系统的理论基础及功能分析59-61
• 5．2．2 软件系统的开发过程及要点分析61-69
• 5．3 模拟软件的应用69-73
• 5．4 小结73-74
• 第六章 模拟结果的有效性验证74-84
• 6．1 实验条件和部分实验结果74-75
• 6．2 模拟结果与实验结果对比分析75-83
• 6．3 小结83-84
• 第七章 液化气热晌应影响因素及防护措施84-94
• 7．1 液化气热响应影响因素分析84-91
• 7．2 液化气储罐常用的预防保护措施91-93
• 7．3 小结93-94
• 第八章 总结与展望94-96
• 8．1 总结94-95
• 8．2 展望95-96
• 参考文献96-102
• 攻读学位期间发表的论文、参与的项目102-103
• 致谢103

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