滚装船载运的锂电池汽车仿真模拟研究

为应对船舶运输中锂电池汽车火灾带来的严重后果,构建滚装船甲板上的锂电池汽车火灾仿真模型。首先,利用锂电池汽车全尺寸火灾试验数据,验证单辆和双辆锂电池汽车火灾仿真模型准确性。随后,应用经验证的仿真模型对滚装船甲板上的锂电池汽车火灾模拟仿真,分析不同车辆间距下火灾热释放速率、温度和辐射热等变化特征。结果表明:在锂电池汽车火灾初期,火焰会先蔓延至并排停放的车辆,特别是受到喷射火影响的一侧车辆,然后再扩展至前后两侧的车辆,且前方车辆遭受的火灾损毁程度明显大于后方车辆。同时,喷射火会加剧锂电池汽车火灾的蔓延和发展,有喷射火区域的温度显著高于无喷射火区域,而受到喷射火影响的邻近车辆则最先被引燃。通过数值仿真手段可有效模拟船舶载运锂电池汽车火灾发展及蔓延过程。

基于深度学习的氢喷射火事故后果预测方法

加氢站作为氢能应用产业最重要的配套基础设施之一,其中存在的大量高压氢气伴随着泄漏风险。高压氢气一旦泄漏,极易形成喷射火,对加氢站内构筑物及人员生命财产安全造成严重威胁。为了实现氢喷射火事故后果的快速准确预测,提出了基于神经网络的代理模型事故后果预测方法,相较于传统数值仿真方法具有显著的时效性优势。该方法构建了一种基于生成对抗网络和长短期记忆神经网络的混合代理模型,使用数值仿真生成的训练样本对代理模型进行训练,完成训练的代理模型能够预测加氢站高压氢气泄漏产生喷射火事故后的温度分布情况。使用模糊C均值聚类方法和结构相似度指标定量分析了代理模型预测结果的准确度,结果表明氢喷射火后果预测代理模型能够在保证可接受预测精度的前提下,极大地提高后果预测效率,实现了加氢站氢喷射火后果的时空快速预测。

隧道内列车着火的火焰顶棚射流温度特性研究

通过隧道列车火灾的1∶8缩尺模型实验和数值模拟,研究了列车头部、尾部等不同位置着火时火焰顶棚射流的温度特性,并与列车中部着火的情况进行了对比。结果表明:列车头部、尾部着火时,火焰顶棚射流的最高温度出现在距隧道顶δ=0.25H的位置(H为火源至顶棚的高度),中部着火时出现在δ=0.18H的位置,均不同于纯烟气顶棚射流的最高温度出现在0.01H以内的情况;火焰顶棚射流燃烧稳定后,温度沿隧道纵向变化的规律是分段的——列车头部、尾部着火时,各断面的最高温度以抛物线规律衰减,列车中部着火时各断面的最高温度则以线性规律衰减;离列车一定距离后,夹带火焰明显减少,火焰顶棚射流的最高温度都呈指数形式衰减。

考虑俯仰角的消防水炮射流轨迹理论模型

消防水炮要实现智能化,需要根据火情的方位确定其俯仰角和回转角,其中俯仰角的确定十分关键,它有赖于对其射流轨迹的准确预测。现有研究中对常用消防水炮射流轨迹的模拟,其射程的相对误差甚至超过40%,致使消防水炮的控制经常需要人的参与。基于牛顿第二运动定律和空气阻力与速度平方成比例的关系,提出一种消防水炮射流轨迹模拟的新理论模型,模型中考虑空气阻力对不同俯仰角下水射流分速度的影响。计算时只需给定两个俯仰角下的射程数据通过牛顿法确定模型中的未知参数,采用求解初值问题的四阶Runge-Kutta法求解微分方程组。通过实际算例和试验证明,采用该模型模拟出的射流轨迹与实际的射流轨迹比较吻合,射程相对误差在4%以内,可为消防水炮的智能控制研发提供借鉴意义。

地铁隧道列车火灾的火焰顶棚射流温度特性研究

以地铁隧道火灾为研究对象,通过1∶8缩尺模型试验和数值模拟分析夹带火焰的烟气顶棚射流的温度特性,为地铁隧道火灾的防灾减灾提供参考。假定火源位于列车中部,燃烧强度是经过相似变换的等量荷载。火焰直接撞击顶棚并向上、下游扩展。考虑隧道内热辐射效应,得到在不同燃料用量下火焰顶棚射流温度的时变规律与空间分布特征。结果表明:燃料的多少对火焰顶棚射流在燃烧时间内的温度时变曲线的变化趋势影响不大,燃烧达到稳定的时间非常接近,但稳定状态的温度明显不同;火焰区上方顶棚射流烟气的最高温度与燃料液面的高度有关,试验中出现在距隧道顶0.18H处,而不是纯烟气顶棚射流给出的0.01H的区域内;列车上方及列车首尾附近的火焰顶棚射流温度沿隧道纵向呈线性衰减,且衰减速率不随时间变化,而不是纯烟气顶棚射流的指数衰减形式。在一定的高度以下,火焰顶棚射流的温度迅速降低,存在温度较低的安全区域适合于人员疏散。

氢气喷射火的大涡模拟

基于OpenFOAM平台,嵌入基于大涡模拟思想的涡耗散概念燃烧模型改进的fvDOM辐射计算模型,采用氢单步化学反应模型来计算细结构的反应速率.对不同喷射速度和喷口直径的低速氢喷射火进行模拟.结果表明,采用该计算模型获得的火焰高度与理论预测值基本一致;随着氢喷射速度的增大,火焰高度增加,喷射火最高温度降低,但最高温度点的位置上升;随着氢喷口直径增大,火焰高度增加,最高温度点的位置上移,但火焰最高温度基本维持不变.

矩形泄漏孔水平喷射火热辐射研究

为研究矩形泄漏孔水平喷射火的热辐射分布,首先采用火灾动态模拟软件(FDS)模拟具有相同面积的正方形和长方形泄漏孔下13种不同泄漏速度的喷射火,监测喷射火的热辐射数据和伤害半径;然后运用Thornton模型计算热辐射值和伤害半径,添加矩形泄漏孔长宽比因子至模型中,根据模拟结果修正Thornton模型。研究得出:热辐射的Thornton模型预测值和模拟值变化趋势一致,但Thornton模型预测值更大;修正后的Thornton模型可用于预测矩形泄漏孔喷射火孔口近区域的热辐射值;伤害半径与泄漏速度成指数关系,伤害半径的Thornton模型预测结果和模拟结果吻合得较好。

基于射流模型的大空间烟气填充研究

采用射流模型预测大空间烟气层的变化规律,并与理想羽流模型预测值及全尺寸池火灾的数据进行分析比较.结果表明：射流模型预测值与理想羽流模型预测值的相对误差为0.7％～11.1％,在工程允许范围内;由于初期阶段没有形成稳定的烟气层,射流模型预测值与实验值有一定误差,但随着烟气层下降至4 m时,射流模型与全尺寸的池火灾试验相比,其相对误差仅为2.96％,说明射流模型能够用于预测大空间烟气层高度变化规律.

水平巷道火灾浮羽流及顶板射流积分模型

为研究矿井火灾火源区域烟流流动规律,以便对矿井火灾灾变风流的流动状态进行更详细地描述和计算机动态模拟,分析了矿井水平巷道火灾浮羽流的特性和顶板射流的形成原因,从基本物理定律和守恒方程出发,采用二维平面射流和动量积分分析方法,建立了水平巷道火灾浮羽流和顶板射流的数学模型。此模型经实验和计算检验修正后将作为矿井火灾区域模拟的理论基础。

人工扰流条件下喷射火焰的倾角计算

综合考虑喷口直径及射流夹角等因素的影响,利用Thornton模型和相交射流理论推导得出人工扰流条件下的喷射火焰倾角计算公式。通过专门设计的实验装置对人工扰流条件下的丁烷射流燃烧形成的火焰倾角进行实例分析,考察火焰倾角特性及相关影响因素,探讨空气扰流速度变化对火焰倾角的影响,并对公式进行初步验证。结果表明:理论计算结果与实验结果规律吻合;火焰倾角与人工扰流速度以及两射流夹角成正比;同一人工扰流速度下,火焰倾角随着燃气射流速度的增加而减小。

井喷喷射火热辐射影响范围与模型对比分析研究

为了评价井喷事故时喷射火的风险,对比分析Flacs、Thornton模型和点源模型在不同泄漏速率、风速下喷射火热辐射强度计算结果,探讨在相同泄漏速率或相同风速下各模型之间的差异。根据塔里木某口油井的工况,分析在风速为7 m/s,泄漏速率分别为200,170,140,120,90 kg/s和在泄漏速率为140 kg/s时风速为12,7,3 m/s工况下热辐射强度随距离的变化,讨论热辐射强度的空间分布和安全距离的动态变化过程,分析在相同工况相同距离处3种模型的热辐射强度差异及原因。研究结果表明:一般情况下,点源模型、Flacs和Thornton模型在相同位置处所计算的热辐射强度依次增大。由于Thornton模型中未包含修正系数,故通过对比分析结果为Thornton模型添加修正系数以应用于实际。

喷射流扩展半径及喷射火后果模拟计算方法研究

根据喷射能量守恒关系推导出喷射流扩展口半径计算式,该表达式体现扩展半径与泄漏口半径、喷射物密度之间的关系。采用HSE(Health and Safety Executive)的MHAU(Major Hazards Assessment Unit)程序中的通用喷射火模型程序SHELF2案例验证文章推导的扩展半径计算式代入API喷射火模型模拟计算喷射火的准确性,结果表明文章中的模拟方法能较准确地模拟喷射火,模拟计算结果符合L.T.Cowley总结CEC(Commission of European Communities)实验数据得出的结论。

改进点源法在火灾热辐射计算中的应用

为了对火灾热辐射进行较为准确的计算,借鉴CFD计算理论,对热辐射点源模型进行改进,根据火焰宽度、燃烧速率相同的原则,对火焰进行'离散',对控制点的数量进行分析,并试验验证改进点源模型的精确性。结果表明:改进点源模型实现了火灾热辐射的快速计算且精度较高,当火焰高度上点源个数为71时,点源个数的增加对计算结果的改善不明显;计算结果比试验结果数值偏高。

炭黑厂尾气管道泄漏火灾事故后果模拟

采用喷射火模型,对某炭黑厂尾气管道泄漏火灾事故后果进行定量模拟分析,依据热辐射的不同入射通量对人的伤害程度确定死亡、重伤、轻伤半径分别为3.1m、3.7m、5.3m,从而为尾气管道泄漏火灾事故的防治提供科学依据。

横向扰流条件下的喷射火脱火高度计算

通过对Thornton模型的深入分析,以其风力影响下的火焰抬升高度计算公式为基础,得出了横向风力条件下的喷射火脱火高度计算模型,进而根据扰流和风力产生脱火的本质相同,利用火焰倾角这一关键参数将扰流速度转化为同等条件下的风速,最终建立了横向扰流条件下的脱火高度计算模型,并设计了同步数据采集实验平台对该模型进行检验及修正,结果表明:模型仿真结果与实验结果变化趋势相同,但在数值上存在一定差别;根据实验数据添加修正系数后,计算模型与实验结果符合良好;脱火发生后,随着横向扰流速度的增大,脱火高度逐渐增大并趋于平缓;相同条件下,扰流喷口半径越大,形成的脱火高度越大.另外实验发现,达到脱火条件时,火焰存在"腾跃"现象,即火焰瞬间脱离燃气喷口上升到一定高度.

气体喷射火灾下热辐射研究

为减少火灾的热辐射伤害和制定合理的作战、疏散方案,借鉴国内外泄漏模型和热辐射模型,考虑到火灾中火焰高度因素,建立压力泄漏-火焰高度-热辐射计算模型,编制了计算程序。对点源辐射模型进行改进,增加火焰宽度的影响,改善了单点源模型的精度,且试验验证了模型的精确性。结果表明:改进的多点源模型比单点源模型能更真实地反映火灾热辐射情况,误差在5%左右。编制的计算机程序,可以实现气体喷射火灾热辐射分布的快速计算。

掘进巷道火灾时期压风自救系统的作用规律

基于建立的掘进巷道和压风自救系统三维数值模型,研究了掘进巷道火灾时期压风自救系统对巷道环境的作用规律,重点分析了不同火灾位置、压风口位置对掘进巷道内风流状态、烟气分布及安全区域的影响。结果表明:当压风口处于火灾上风流而受到烟流滚退影响时,压风口射流较大幅度降低巷道内烟气浓度;火灾位于巷道前部时,安全区域主要分布于火灾下风流;火灾位于巷道后部时,安全区域主要分布于火灾上风流;风筒与压风口同侧时,火灾位置并非影响压风口附近区域风流分布和烟气分布的关键因素,而压风口位置是影响巷道风流分布和烟气分布的关键因素;当风筒与压风口布置在异侧时,压风口附近安全区域所占体积较大,更利于人员避难。

FDS模拟小孔径喷射火特性的有效性研究

为验证FDS模拟天然气管道小孔泄漏喷射火特性的有效性,基于Thornton喷射火模型和FDS模拟软件,对管道天然气喷射火特性进行对比分析.分别用Thornton模型和FDS软件对比研究3种管道压力工况的小孔泄漏喷射火,分析喷射火的热辐射特性和人员伤害半径.结果显示：管道压力增加,距离泄漏孔相同位置处喷射火热辐射强度增加,热辐射伤害范围增加;FDS模拟热辐射值偏大,模拟结果与理论结果存在误差的主要原因是默认效率因子不同;与理论分析结果相比,数值模拟死亡半径、重伤半径和轻伤半径的相对误差分别为12.8％～38.4％、4.4％～15.8％、10.4％～29.8％,并且得出热辐射与泄漏孔间距呈指数关系、热通量值随管道压力增加而增加的一致规律,由此验证FDS模拟喷射火的有效性.

天然气管道失效喷射火危害模型研究

针对现有喷射火危害区域计算模型在预测喷射火危害区域存在计算精度不高和未充分考虑横向风影响的问题,在综合分析对比已有数学模型(单点源模型、多点源模型、固体火焰模型)的基础上,提出了精度更高且更符合实际喷射火危害区域的线性积分模型,并基于2010年美国加利福尼亚州天然气输送管道失效喷射火事故报告中的数据,进行模型可靠性验证。根据所建立的模型分析了单因素(泄漏孔孔径、横向风)作用下对危害区域的影响。研究结果表明:在考虑横向风影响时,喷射火的危害区域更接近于一个椭圆;在事故报告工况下风速为13 m/ s时椭圆度最大;喷射火对下风侧的危害范围大于上风侧。研究成果可为天然气管道的建设、运行、维护提供理论基础和技术支持。

基于FLACS CFD的不同气油比油气混输管道泄漏火灾后果对比

不同气油比的油气混输管道泄漏后果危害形式和风险差异的准确判断对于管道泄漏应急处置至关重要。以中国西部某油田集输管道为研究对象,针对不同气油比管道泄漏的火灾危害进行了对比分析,构建了FLACS CFD模型,并研究了油气混输管道原油泄漏形成池火的火灾特征和影响范围,以及天然气泄漏形成喷射火的高温分布和影响规律。研究结果表明:应急处置应考虑不同气油比下池火与喷射火危害的差异。在油气混输管线泄漏10 min形成稳定火焰的场景中,气油比低于100 m^3 /t时,原油池火为火灾危险的主要影响因素;气油比高于200 m^3 /t时,天然气喷射火为主要影响因素;气油比超过250 m^3/t,高温覆盖距离不再明显增加;40 m为此场景下混输油气泄漏喷射火致死距离上限,120 m为温度影响上限。