【43】高压可燃气体泄漏动力学过程与喷射火热灾害分析-化工学报DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20170707文章来源：《化工学报》2018年第69卷第4期：1276-1287高压

【43】高压可燃气体泄漏动力学过程与喷射火热灾害分析-化工学报
DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20170707
文章来源：《化工学报》2018年第69卷
第4期：1276-1287
高压可燃气体泄漏动力学过程与喷射火热灾害分析
周魁斌通臂猿猴，刘娇艳，蒋军成
（南京工业大学安全科学与工程学院，江苏 南京 210009）
摘 要
以高压可燃气体泄漏诱发的喷射火为研究对象，对泄漏过程中喷口处稳态气流状态参数变化及其被点燃之后的喷射火火焰形态与辐射热流场预测模型研究进展进行了综述胡思杜。归类分析了基于理想气体状态方程和Abel-Noble状态方程的高压气体泄漏模型及其适用情况，并对不同浮力控制和动量控制范围的几种喷射火火焰几何尺寸模型进行了概括性总结，同时对不同火焰形态下的点源、多点源、固体以及线源4种热辐射模型进行了汇总，最终提出将3种模型耦合联用以建立适用于不同泄漏条件下喷射火热灾害分析预测方法。分析表明，白纬玲该分析预测方法具有很好的适用性。
引 言
由于高压可燃气体的广泛应用及储运压力的不断增加，喷射火事故次数与规模尺度呈现增长趋势，因此喷射火的研究仍然需要不断加深。喷射火不仅是主要的火灾形式之一，如油气开采过程的井喷火、化工储罐泄漏引发的喷射火、燃气管道破损泄漏引发的喷射燃烧等；同时喷射火还可应用于工业和能源动力等领域，如工业尾气处理与应急泄压的火炬系统、航天发动机的尾部喷射火焰、军事用火焰喷射器等金夫银妇。因此，研究高压可燃气体泄漏过程与喷射火辐射热流场具有非常重要的理论与实际意义。
目前国内外关于气体泄漏模型、喷射火几何尺寸模型以及热辐射模型的研究已有很多，由于不同泄漏压力、喷口形状尺寸、外界环境等因素影响，导致所使用的模型有所不同。本文着重对高压储罐不同流动模式下的泄漏模型、不同主控机制下的火焰几何尺寸模型和不同火焰形态下的热辐射模型进行了概括性综述。具体分析流程如图1所示。（1）气体泄漏模型：根据泄漏口气体的状态将其划分为临界流与亚临界流温岭二中，并对两种该状态下基于理想气体状态方程和Abel-Noble状态方程的气体泄漏模型进行概括性总结；（2）火焰几何尺寸模型：分别对喷射火的火焰长度、火焰宽度与推举高度在不同主控机制下的计算模型进行汇总分析；（3）汇总并分析了点源、多点源、固体以及线源等四种热辐射模型。该3种模型构成了高压可燃气体泄漏诱发喷射火热灾害的定量风险分析方法。

图1 高压可燃气体喷射火热灾害分析流程
结 论
（1）高压气体泄漏方面，主要总结了不同泄漏条件下的基于理想气体和Abel-Noble状态方程的泄漏模型；高压气体喷射火几何尺寸方面，主要总结了不同主控力下火焰长度的预测模型以及适用范围，同时对火焰宽度与火焰长度的关系、火焰推举高度与应变速率的关系进行了统计分析；喷射火热辐射方面，对热辐射分数的研究方法进行了介绍，并总结了经典的点源、多点源、固体以及线源模型。
（2）基于高压泄漏、喷射火几何尺寸与热辐射模型的系统模型可以应用于高压气体泄漏诱发的喷射火热灾害分析计算疯狂的蠢贼。本文通过假定储罐压力、温度与体积、泄漏口尺寸和环境压力与温度泸西天气预报，分析了60 MPa氢气、甲烷和丙烷泄漏的流动状态参数、喷射火几何尺寸和热辐射分布随泄漏时间的变化情况，表明系统模型具有一定的适用性，但是还需进一步的研究与实验验证，如理想气体和Abel-Nobel气体状态方程都忽略了分子间作用力最萌同居关系，可能对于高压气体不适用娜迦毒蛇，给系统模型带来误差。
1
气体泄漏模型
1.1 静态模型
1.2 过程模型
1.3 临界流虚拟喷口模型

图2 泄漏出口附近临界气流示意图
表1 各燃料的状态参数及物性参数

图3 两种泄漏模型预测的各燃料在喷口处状态参数随时间的变化
2
喷射火几何尺寸特征
2.1 基于喷口Froude数的火焰长度模型
2.2 基于火焰Froude数的火焰长度模型
2.3 火焰宽度模型
表2 火焰长度和推举高度公式汇总
表3 火焰长宽比汇总

图4 各燃料火焰的几何尺寸随时间的变化
3
热辐射模型

图5 4种典型的热辐射模型示意图

图6 4种辐射模型预测的甲烷喷射火辐射热通量随时间的变化

全文详见：https://bbs.p66p.cn/20501.html

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