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火灾环境下液化气储罐热响应动力过程的研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 08:27:21
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火灾环境下液化气储罐热响应动力过程的研究【摘要】:液化气储罐火灾爆炸事故是液化气生产、储存、运输过程中常见的事故类型,事故一旦发生将对人民生命和国家财产造成重大损失。储罐爆炸的重要

【摘要】:液化气储罐火灾爆炸事故是液化气生产、储存、运输过程中常见的事故类型,事故一旦发生将对人民生命和国家财产造成重大损失。储罐爆炸的重要原因之一是受到火灾的作用造成储罐压力升高。对液化气储罐在火灾作用下的热响应行为的研究,可以为液化气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。 作为研究工作的基础,本文进行了液化石油气和油品基础物性数据的计算研究。针对液化石油气和油品多组份的特点,给出了单组份热力学参数和传递参数的计算关系式,并根据混合规则给出了混合物的计算关系式。对于液化石油气体,分别按液体和气体计算其相关参数。此外,对液化石油气在高压下的过热极限的计算方法进行了研究,利用液体的RK立方型状态方程,通过求极值点的方法,计算其在高压力下的过热极限。 对液化石油气储罐进行了火灾和爆炸实验研究。设计并建立了液化石油气储罐火灾和爆炸研究的实验装置。并用实验装置进行了一系列的火灾和爆炸实验,实验结果表明,在火灾作用下储罐内液化石油气温度有明显的分层现象,分层加快了储罐内的压力升高速度,具有明显的增压效应。储罐的热响应受到火灾类型、储罐型式、充装水平等多因素的综合影响。储罐内的液相在火灾作用下可以处于过冷或过热状态。储罐压力随时间的响应关系可以用三次多项式拟合。 对液化气储罐的火灾环境的数值模拟研究。采用非预混燃烧的数学模型,并采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以及喷射火焰作用于卧式储罐、立式储罐和球罐时的流场和温度场进行了模拟,并对储罐表面的热辐射和总热流密度进行了模拟和计算。 建立了液化气储罐热响应的物理和数学模型。研究中,液化气体储罐热响应的物理模型的建立没有采用近似性假设和简化,因而模型更精确。液化气体液相和气相热响应数学模型的建立,模型考虑了液相中气泡的产生和运动对液相和气相热响应的影响。 对液化石油气储罐在火灾作用下的热响应的进行了数值模拟研究。将模拟结 【关键词】:液化气体 储罐 池火灾 喷射火焰 热响应
【学位授予单位】:南京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TE88
【目录】:
  • 摘要9-11
  • ABSTRACT11-14
  • 第一章 概述14-30
  • 1.1 研究背景14-16
  • 1.2 国内外研究进展16-23
  • 1.2.1 火灾环境研究16-17
  • 1.2.2 储罐热响应试验研究17-19
  • 1.2.3 数值模拟研究19-21
  • 1.2.4 BLEVE机理和危害研究21-23
  • 1.3 主要研究内容23-25
  • 参考文献25-30
  • 第二章 物性参数计算30-42
  • 2.1 引言30
  • 2.2 热力学性质计算30-38
  • 2.2.1 密度30-32
  • 2.2.2 比热容32-33
  • 2.2.3 比焓33-34
  • 2.2.4 比熵34-35
  • 2.2.5 表面张力35-36
  • 2.2.6 蒸发潜热36
  • 2.2.7 蒸汽压36-37
  • 2.2.8 过热极限37-38
  • 2.3 传递参数计算38-41
  • 2.3.1 导热系数38-39
  • 2.3.2 粘度39-41
  • 参考文献41-42
  • 第三章 液化石油气储罐火灾试验研究42-76
  • 3.1 引言42
  • 3.2 试验装置设计42-50
  • 3.2.1 试验装置的设计思路42-44
  • 3.2.2 试验装置的组成44-47
  • 3.2.3 测量参数47-49
  • 3.2.4 试验装置的现场安装49-50
  • 3.3 试验过程与初始条件50-52
  • 3.3.1 试验步骤50-51
  • 3.3.2 试验初始条件51-52
  • 3.4 试验结果与分析52-74
  • 3.4.1 储罐内部温度响应52-54
  • 3.4.2 储罐内部压力响应54-60
  • 3.4.3 储罐壁温响应60-62
  • 3.4.4 爆炸压力和爆炸时间62-63
  • 3.4.5 主要影响因素对储罐热响应的影响63-74
  • 3.5 主要结论74-75
  • 参考文献75-76
  • 第四章 火灾环境模拟76-107
  • 4.1 引言76
  • 4.2 非预混燃烧模拟方法76-85
  • 4.2.1 连续性方程77
  • 4.2.2 动量方程77
  • 4.2.3 能量方程77-78
  • 4.2.4 组份方程78-79
  • 4.2.5 非预混燃料模拟的概率密度函数方法79-85
  • 4.3 辐射模型85-88
  • 4.3.1 辐射传热方程85
  • 4.3.2 离散传播辐射模型85-88
  • 4.4 湍流模型88-89
  • 4.5 池火灾的模拟89-98
  • 4.5.1 无风条件下的池火灾模拟89-95
  • 4.5.2 有风条件下的池火灾模拟95-98
  • 4.6 喷射火焰的模拟98-105
  • 4.6.1 模拟条件98
  • 4.6.2 数学模拟98
  • 4.6.3 几何网格和边界条件98-99
  • 4.6.4 模拟结果99-105
  • 4.7 小结105-106
  • 参考文献106-107
  • 第五章 液化气储罐热响应行为数学模型107-125
  • 5.1 引言107-108
  • 5.2 液化气储罐热响应物理模型108-110
  • 5.3 液相热响应数学模型110-120
  • 5.3.1 液相传热过程110-111
  • 5.3.2 自然对流阶段传热传质基本方程111-112
  • 5.3.3 气泡生长与运动的数学模型112-117
  • 5.3.4 气泡沸腾阶段传热传质基本方程117-120
  • 5.4 气相热响应数学模型120-123
  • 5.4.1 连续性方程120
  • 5.4.2 动量方程120
  • 5.4.3 能量方程120-121
  • 5.4.4 初始条件和边界条件121
  • 5.4.5 气相空间的质量变化121-122
  • 5.4.6 气相空间的能量变化122-123
  • 5.5 小结123-124
  • 参考文献124-125
  • 第六章 液化石油气储罐热响应数值模拟125-150
  • 6.1 引言125
  • 6.2 模拟结果示例125-132
  • 6.2.1 喷射火焰环境下的热响应125-129
  • 6.2.2 池火灾环境下的热响应129-132
  • 6.3 模拟结果与试验结果的比较132-141
  • 6.3.1 喷射火焰132-138
  • 6.3.2 池火灾138-141
  • 6.4 热响应影响因素分析141-148
  • 6.4.1 火灾类型的影响141-144
  • 6.4.2 热流密度的影响144-145
  • 6.4.3 充装水平的影响145-146
  • 6.4.4 储罐直径的影响146-148
  • 6.4.5 储罐类型的影响148
  • 6.5 小结148-149
  • 参考文献149-150
  • 第七章 液化气储罐失效模式和防治技术150-178
  • 7.1 引言150
  • 7.2 储罐爆炸失效分析150-158
  • 7.2.1 塑性变形和屈服压力150-152
  • 7.2.2 断口宏观分析152-153
  • 7.2.3 断口微观分析153-155
  • 7.2.4 金相分析155-156
  • 7.2.5 硬度测量156-158
  • 7.3 储罐失效模式158-160
  • 7.3.1 瞬时BLEVE方式159
  • 7.3.2 扩展BLEVE方式159-160
  • 7.3.3 喷射释放方式160
  • 7.4 失效准则和失效预测160-162
  • 7.4.1 失效准则160-161
  • 7.4.2 失效预测161-162
  • 7.5 液化气储罐事故防治对策162-176
  • 7.5.1 液化气储罐安全防护162-167
  • 7.5.2 液化气储罐事故控制167-176
  • 7.6 小结176-177
  • 参考文献177-178
  • 第八章 总结与展望178-183
  • 8.1 本文工作总结178-180
  • 8.2 创新点180-181
  • 8.3 进一步研究的展望181-183
  • 符号表183-186
  • 攻读博士学位期间主要研究成果186-188
  • 致谢188


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