工业罐区池火灾灾害过程的数值模拟研究

随着现代工业的迅速发展,工业火灾与爆炸等重大事故呈上升趋势,作为工业重大危险源的储罐区,一旦发生火灾将给人民生命和国家财产造成巨大损失。储罐火灾是池火灾的典型形式之一,在过去的几十年里,许多学者对池火灾的燃烧特性,以及室内池火灾和开放环境中池火灾的机理、物理特征、灾害模拟计算做了较多的研究工作,研究重点大都集中在池火灾的燃烧过程,火行为和火焰热辐射等方面。对池火灾的研究,可以为储罐事故预防和控制提供重要的理论依据。为此本文从以下几个方面进行了研究。 通过广泛调研及文献查阅,研究提取国内外著名火灾实验及模拟结果,建立池火灾数据库。 在总结前人对池火灾研究工作的基础上,结合小尺寸储罐火灾模拟实验,分析了池火灾的主要参数,如:火焰形状、尺寸、火焰倾角及热辐射等。将池火灾的热辐射作用分为单罐燃烧、池火灾远离储罐和池火灾包围储罐三种情况,并进行分析计算。 对池火灾的数值模拟研究。采用非预混燃烧的数学模型,并运用概率密度函数方法对燃烧的产物组份和温度场进行模拟;采用离散传播辐射(DTRM)模型和k-ε紊流模型对流场和辐射进行模拟;分别对无风和有风条件下的池火灾作用于卧式储罐和立式储罐的温度场进行模拟,并对储罐表面的热辐射和热流密度进行了模拟分析。 利用实验结果和已有关系模型的计算结果来验证本文模拟计算结果,结果表明,模拟结果与实验结果及关系模型预测结果基本吻合。在此基础上,利用FLUENT模拟软件,对影响池火灾的主要因素进行了模拟分析。 根据点源模型和固体模型,利用热辐射破坏准则,分别对池火灾环境下储罐事故的安全距离进行了计算和分析。对常用的储罐防治技术进行了研究和比较,分析防护方法的防护效果、适用条件和优缺点。