基于热源权重参数反演优化的新权重多点源热辐射模型

为了解决原权重多点源模型中热源权重分配过于简化的问题,开展了一系列火焰热释放速率达3.5 MW、火焰弗劳德数达4.46的中度尺寸天然气喷射火实验,获得了各种工况下喷射火的长度特征参数及近场热辐射实验数据,进而采用基于鸡群优化算法(CSO)的热源权重参数反演优化研究思路,探究了热源权重参数与出口工况参数之间的影响规律。研究结果表明:①随着出口火焰弗劳德数的增大,热源权重峰值出现的轴向相对位置逐渐下降,峰值两侧的热源权重分配逐渐变得均衡;②热源权重沿火焰轴向相对位置呈现双指数函数分布特征,并且该双指数函数中常系数与各种工况下的火焰弗劳德数之间呈现出较好的线性变化关系;③根据优化结果,提出基于火焰弗劳德数的热源权重分布关系式,建立了基于该分布关系式的新权重多点源模型(以下简称新模型)。结论认为,较之于原权重多点源模型,新模型在预测喷射火近场热辐射准确度方面有着明显的提高,预测结果平均相对偏差的平均值由原模型的12.87%降至7.68%,最大相对偏差的平均值由原模型的19.83%降至14.69%。     

基于热源权重参数反演优化的新权重多点源热辐射模型

为了解决原权重多点源模型中热源权重分配过于简化的问题，开展了一系列火焰热释放速率达3.5 MW、火焰弗劳德数达4.46的中度尺寸天然气喷射火实验，获得了各种工况下喷射火的长度特征参数及近场热辐射实验数据，进而采用基于鸡群优化算法（CSO）的热源权重参数反演优化研究思路，探究了热源权重参数与出口工况参数之间的影响规律。研究结果表明：①随着出口火焰弗劳德数的增大，热源权重峰值出现的轴向相对位置逐渐下降，峰值两侧的热源权重分配逐渐变得均衡；②热源权重沿火焰轴向相对位置呈现双指数函数分布特征，并且该双指数函数中常系数与各种工况下的火焰弗劳德数之间呈现出较好的线性变化关系；③根据优化结果，提出基于火焰弗劳德数的热源权重分布关系式，建立了基于该分布关系式的新权重多点源模型（以下简称新模型）。结论认为，较之于原权重多点源模型，新模型在预测喷射火近场热辐射准确度方面有着明显的提高，预测结果平均相对偏差的平均值由原模型的12.87%降至7.68%，最大相对偏差的平均值由原模型的19.83%降至14.69%。     

喷射火及其热辐射影响评价模型介绍

介绍"THORNTON"喷射火模型及其热辐射影响模型.通过该模型可以计算扩张喷射的出口速度、火焰长度、火焰面积、燃烧产生的热量、表面辐射率及热辐射通量,预测暴露在喷射火辐射通量下人的致死概率.     

FLUENT软件在油气储运工程领域的应用

FLUENT软件是用于模拟和分析复杂几何区域内的流体流动与传热现象的专用软件,在油气储运领域应用广泛。介绍了FLUENT软件的基本原理、方法及主要特点,对FLUENT软件在油气储运工程领域的应用现状进行了分析与总结,具体有旋风分离器内部流场数值模拟、管道停输温降数值模拟、顺序输送混油数值模拟、天然气管道泄漏扩散数值模拟、LNG技术方面数值模拟、油罐问题数值模拟等,分析了FLUENT软件在油气储运工程领域应用中存在的问题,提出了FLUENT软件在该领域今后的研究方向和发展趋势。     

障碍物条件下的甲烷水平喷射火燃烧特性研究

为探究障碍物条件下甲烷水平喷射火的燃烧特性,搭建了实验装置,从障碍物高度、宽度以及与喷射源距离三个方面进行室内实验。研究结果表明:障碍物的存在能够有效影响火焰的传播;随着障碍物的高度增加,火焰内部局部扰流加强,火焰沿轴线方向的传播速度随之降低;随着障碍物的宽度增加,火焰高度先减小后增大,火焰面积变化不大;随着障碍物与喷射源间距增大,火焰高度先增大后减小,火焰面积不断增大。研究还发现,火焰中心的最高温度基本位于火焰长度的40%～70%位置处,故障碍物位置应设在距离喷射源轴线位置的火焰长度40%～50%处以达到最佳的抑制火焰效果。研究结果能够为以障碍物来控制甲烷水平喷射火危害范围的应用提供理论指导。     

高压天然气场站水平喷射火焰危害评估方法

水平喷射型火灾是高压天然气场站最典型且危害性最大的火灾事故类型,为避免或减少其对周围人员、设备设施等造成的严重影响,开展了场站水平喷射火焰危害性评估方法的研究。首先,在以往相关理论分析和试验研究基础上,以水平倒置圆锥台形状去近似表征水平喷射火焰形貌,并给出火焰轮廓尺寸参数的解析表达式;然后,基于固体火焰模型采用模型等效变换的方式,建立火焰热辐射通量计算模型;最后,提出以热毁伤阈值为基准的目标受火焰热辐射伤害情况判定方法。应用与分析表明:火焰形貌尺寸会随着孔口泄漏率、压力、温度等泄漏参数的变化而变化,站内安全联动装置可在短时间内有效降低火焰热辐射通量;火焰热辐射伤害程度各等级间的变化或同一伤害级别下伤害百分数的陡变,均发生在较短距离范围内。研究成果可对水平喷射火焰的热毁伤半径和毁伤区域面积进行有效预测,有助于高压天然气场站事故风险的定量化评估和事故应急处置预案的制定。     

运用SAFETI6.3软件模拟喷射燃烧

运用SAFETI6．3软件中Shell模式和API RP521模式模拟了某天然气输气场站放空喷射火焰形状、强度及下风向100m范围内各点热辐射值。因SAFETI6．3软件模拟喷射燃烧所假设的近似倒立圆台形或弯曲香蕉形火焰形状接近实际,且考虑了风向、风速等气象条件的影响,因而模拟结果更切合实际。     

分区域-多点源的高架火炬安全距离计算模型

高架火炬安全距离的大小直接影响土地资源利用及安全问题,其值的确定取决于能否准确地计算出高架火炬射流火焰产生的热辐射,传统的高架火炬热辐射计算模型可分为点源模型和固体火焰模型两大类。前者计算简单但精度较低,后者精度较高但计算较为繁琐。为此,结合点源模型和固体火焰模型各自的优点,在点源模型的基础上进行改进,提出了分区域-多点源的高架火炬安全距离计算新模型,并通过FLUENT软件进行全尺寸数值模拟,将数值模拟结果与设计规范使用的常规单点源及多点源模型计算结果进行了对比。结果表明：新模型可以较为简便地计算出高架火炬射流火焰产生的热辐射,最大误差为6.2%。结论认为：新模型快速简便且精度较高,可以克服现有规范标准中对热辐射强度估计过高、安全距离划分过于保守的不足,有助于合理划定高架火炬安全距离,为高架火炬设计规范的完善与改进提供了科学的依据。     

天然气管线泄漏射流火焰分析

高压天然气输送管线失效泄漏时会形成气体射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则将形成射流火焰。火焰的强烈热辐射严重威胁到周围人员和财产的安全。为此，在对大量试验结果和相关理论分析研究的基础上，以平截头圆锥体来近似描述射流火焰的形貌，给出了火焰的几何基本参数的计算公式。在预测火焰的热辐射时，将火焰中心模拟成一个点源，提出了热辐射强度的简便计算方法。此外，结合具体实例，根据自编软件计算了不同风速条件下射流火焰的几何尺寸、离管线泄漏点不同距离处的热辐射强度以及人体感觉疼痛所需时间，并利用概率模型的方法分析了在一定暴露时间下人员受伤害的几率以及人员和建筑物的安全距离。结果表明，射流火焰长度随风速增加而逐渐减小；随离火焰中心距离的增加，热辐射强度大大降低，而造成人体伤害所需时间延长。所给出的数学模型和热辐射强度的计算方法，为输气管线的优化设计和风险后果的定量分析提供了依据。     

掺氢天然气喷射火燃烧特性实验研究

能源结构转型初期,天然气管道掺氢是一种有效的输氢方式,然而掺氢会提高气体活跃性,在管道泄漏的情况下增加火灾风险。在压力200～800 Pa和掺氢比0～50%条件下开展了掺氢天然气水平喷射火实验研究,以预测和评估其潜在的火灾风险。实验结果表明：掺氢后火焰温度升高,最大温差为113℃;在高压下当掺氢比>10%时,火焰温度分布发生明显变化;火焰的推举距离随压力增加而增大,随掺氢比增加而减小;当高压下掺氢比<10%时,掺氢对火焰尺寸影响较小,当掺氢比增加到50%时,火焰长度的最大降幅为13.7%。此外,提出了掺氢天然气火焰长度无量纲预测模型。研究结果可为掺氢天然气管道事故后果及火灾风险评估提供必要的数据支持和理论基础。     

天然气管道射流火焰危害影响维度分析

目的 为了研究射流火焰不同维度的危害影响的范围,采用气体泄漏模型,以流体力学基本原理为基础,通过FDS软件构建三维管道模型,分别模拟泄漏射流不同方向和维度的火焰状况.方法 将泄漏角度引入危害半径的计算,改进射流火焰危害范围评估模型,建立新的不同泄漏角度射流火焰的危害范围计算模型,并将模型计算值与数值模拟值对比.结果 对...     

油罐着火扬沸前水层温度响应的分析

扬沸是油罐火灾中特有的灾害性燃烧现象.根据对油罐着火扬沸发生前传热机理的分析,给出了简化数学模型.利用该模型分析了水层温度响应过程,提出了着火初始阶段时间长度的概念,并给出其解析表达式,为通过实验整理经验关系式提供了明确形式.通过数值计算,还对燃烧速度、油罐表面冷却等因素进行了分析.结果表明,燃烧速度对扬沸发生时间影响最大,而油罐表面冷却并不能有效地延迟扬沸的发生.     

液化石油气储罐火灾模拟试验——喷射火焰环境下

液化石油气储罐在火灾作用下，其内部的温度和压力迅速上升，从而会引起储罐爆炸，进而酿成危害性更大的二次灾害。为此，对液化石油气储罐在喷射火焰环境下的热响应情况进行了大量的模拟试验研究。研究发现，储罐在喷射火焰作用下热分层比池火灾更明显，储罐内部压力升高的速度比池火灾更快；储罐内部温度分布和压力响应同样受到储罐类型、充装水平等因素的影响。因此喷射火焰较之于池火灾具有更大的危险性，储罐更容易发生爆炸。     

复合射孔爆炸与燃烧机理数值模拟分析

为了研究复合射孔爆炸与燃烧机理,建立了复合射孔有限元模型,利用LS_DYNA软件对模型进行了显性动力学数值计算,得出了射孔弹爆炸后枪身内产生的压力、温度分布情况。射孔弹爆炸后枪身内的压力和温度呈非均匀分布;时间越长、距起爆点距离越远时,冲击波、稀疏波在空气介质中形成的压力值越小。对弹间火药进行了冲击敏感性实验和热点火实验,在实验基础上,联系数值分析结果确定了枪身内火药的点火方式。通过实验得出弹间火药的热点温度在300～350℃之间;冲击敏感性为2.07～2.65GPa,延迟期为4μs。分析了枪身内射孔弹爆炸与火药燃烧耦合作用下火药燃烧性能和枪身内的压力的变化规律。火药的燃烧速度随压力、温度的升高而增快。p-t显示研究得出的复合射孔爆炸与燃烧机理具有较高的准确性。     

天然气输送管道火灾事故危险分析

高压天然气管道一旦发生火灾事故，会造成人员伤亡风险以及严重的财产破坏。从事故主要形式喷射火出发对输气管道的火灾危险进行了分析，利用喷射火热辐射模型．给出了危害半径与操作压力的关系，并提出了安全距离，计算结果与公开发表的火灾事故数据相近。     

火炬泄放对半潜式平台总体布置方案的影响

以南海某深水半潜式平台总体布置为例,对火炬燃烧不同工况进行定义,计算不同工况下的最大泄放量。根据平台操作要求确定该平台对热辐射、高温敏感的感受点。对规范经验公式进行分析,采用Mixed模型综合考虑点源和扩散源原理的修正作用,对火炬长度进行初步的确定。采用通用的Flaresim软件对选定的感受点进行数值模拟,准确计算连续泄放和应急泄放产生的热辐射、高温和噪声水平,综合评价这些参数对半潜式平台总体布置及人员操作的影响,并给出应对缓解措施。     

乙烯裂解炉辐射段流动与燃烧的三维数值模拟

用计算流体力学软件Fluent6.2对中国石油化工股份有限公司燕山分公司E-BA-107乙烯裂解炉辐射段内的流动和燃烧做了三维数值模拟研究。为保证计算的准确性,使用GAMBIT2.2软件建立了与裂解炉实际尺寸完全一致的几何模型;在计算过程中采用了标准k-ε湍流模型、离散坐标辐射模型和有限速率/涡流耗散燃烧反应模型等计算模型。通过模拟计算得到了裂解炉炉膛内的温度、烟气流速及烟气组成的分布:底部燃烧器和侧壁燃烧器的燃烧使附近的炉墙处于温度分布均匀的高温区,为裂解反应提供了均匀的辐射墙面;炉管底部比其他部位的温度低;底部燃烧器的高速射流产生的旋涡可为炉管提供一定的对流热;出口烟气的平均温度和组成的模拟计算值与设计值接近,表明数值模拟有较高的精度,具有实际意义。     

UOC型冷氢箱数值模拟与结构优化研究

以文献中UOC型冷氢箱流体力学实验数据为基础,对所选数值模型进行验证，验证了模型的准确性。以工业操作条件为基础，采用Fluent软件对UOC型冷氢箱流体力学性能进行数值模拟，对混合方箱收缩流道间距及筛孔挡板与方箱间距进行结构优化，并在收缩流道出口处增设挡板。结果表明，优化改进后的冷氢箱性能与基本构型相比，温度分布不均匀度降低了36.8%，压降降低了21 Pa，冷氢箱综合性能得到较大改善。