（安全技术及工程专业论文）工业罐区池火灾灾害过程的数值模拟研究.pdf

摘要 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，在过去的几卜年里，许多学者对池火灾的燃烧特性，以及 室内池火灾和玎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。 通过一泛调研及文献查阅，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。 在总结前八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( d r r m ) 模型和k - e 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，并列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f l u e n t 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，分别列弛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。 关键词：储罐池火灾关系模型数值模拟安全距离 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h em o d e mi n d u s t r y , m a n yf a t e f u la c c i d e n t sa r i s e n c o n t i n u a l l yf r o mi n d u s t r yf i r ea n de x p l o s i o n i f t h ef i r eh a p p e n sf o rt h et a n kw h i c hi so n eo f m a j o rh a z a r di n s t a l l a t i o n so fi n d u s t r y ，p e r s o nc a s u a l t ya n dl o s so fp r o p e r t yw i l lo c c u r t h e t a n kr i t ei sat y p i c a lk i n do fp o o lf i r e i nt h ep a s td e c a d e s ，m a n ys c h o l a r sc a r r yo u tat o to f w o r ko nt h ec h a r a c t e r i s t i co fb u r n i n g ，m e c h a n i s m ，p h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dd i s a s t e r s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o no fi n d o o ra n do u t d o o rp o o lf i r e m o s tr e s e a r c hf o c r i s e so nb u r n i n g p r o c e s s ，f i r eb e h a v i o ra n dt h e r m a lr a d i a t i o no ff l a m e i ti se s s e n t i a lt os t u d yt h ec o n d i t i o n o fp o o lf i r e ，w h i c hc a np r o v i d et h e o r e t i c a li n s t r u c t i o nf o rp r e v e n t i o na n dc o n t r o lo ft a n k a c c i d e n ti nt h i st h e s i s ，t h er e s e a r c ho nt h i st o p i ci sc o n d u c t e da sf o l l o w i n g t h ed a t a b a s eo ft h ep o o lf i r ei se s t a b l i s h e db yr e f e r r i n gt ot h el i t e r a t u r e sa n de x t r a c t i n g t h ee x p e r i m e n t a la n ds i m u l a t i o nr e s u t s o nt h eb a s eo ft h es t u d yd o n eb yp r e d e c e s s o r ，c o m b i n i n gt h ee x p e r i m e n to fs m a l l s c a l e o i lt a n k sf i r e s o m ei m p o r t a n tp a r a m e t e r so ft h er e s e a r c ho np o o lf i r ea r ea n a l y z e d ，s u c ha s f l a m eh e i g h t ，e n v i r o n m e n ts p e e d ，d i a m e t e ro fp o o lf i r ea n df l a m eh e i g h t a n dt h et h e r m a l r a d i a t i o no fp o o lf i r ei sd i v i d e dt ot h r e ei n s t a n c e s ：o n et a n kf i r e ，t h et a n kf a rf r o mp o o lf i r e a n dt a n ke n v e l o p e db yp o o lf i r e ，t h er e s u l t sa r eo b t a i n e da n da n a l y z e dr e s p e c t i v e l y t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nf o rp o o lf i r ei ss t u d i e d t h em o d e lf o rd i f f i m i o nc o m b u s t i o n i su s e d ，a n dt h ep r o d u c to fc o m b u s t i o na n dt e m p e r a t u r ef i e l da r es i m u l a t e db yp r o b a b i l i t y d e n s i t y , f u n c t i o n ( p d f ) ：d i s c r e t et r a n s p o r tr a d i a t i o nm o d e l ( d t r m ) a n dk 一。t u r b u l e n c e m o d e la r eu s e dt os i m u l a t er a d i a t i o na n df l o wf i e l dr e s p e c t i v e l y ；t h es i t u a t i o n so f h o r i z o n t a lt a n ka n dv e r t i c a lt a l ke x p o s e dt op o o lf i r eu n d e rw i n do rw i n d l e s sc o n d i t i o n s 踟1 e s i m u l a t e dr e s p e c t i v e l y t h er a d i a t i o na n dt o t a ls u r f a c eh e a tf l u xt ot a r g e tt a n k s a l e c a l c u l a t e d c o m p a r i s o no ft h er e s u l t sb ys i m u l a t i n ga n dr e l a t i o nm o d e lt ot h ee x p e r i m e n to l i o s s h o w sg o o da g r e e m e n t o nt h eb a s i s ，p r i m a r yi n f l u e n c i n gf a c t o r so np o o lf i r e a r es i m u l a t e d a n da n a l y z e db yf l u e n t t h es a f e t yd i s t a n c eo np o o lf i r ec o n d i t i o na r ec a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h ed e s t r o yr u l eo f t h e r m a lr a d i a t i o nt h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lc o u n t e l t n e a s u r e so f t a n ka c c i d e n ta r es t u d i e d ， a tt h es a m et i m et h ee f f e c t ，p r o p e rc o n d i t i o na n dd i s a d v a n t a g e so f i ta r ea n a l y z e d k e y w o r d s ：t a n k ；p o o lf i r e ；r e l a t i o nm o d e l ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；s a f e t yd i s t a n c e 顺士学位论文 1 1 主要研究背景及意义 笕一章绪论 化工和石油化j 一过程的许多压力容器，特别是大型贮罐，充装的是可燃液化气体， 如液态丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及液化石油气等。这些容器破裂时，器内的液化气体 大量蒸发，与周围的空气混合，在适当条件时，常常会发生燃烧爆炸，酿成重大的灾 害性事故”。可燃液化气体贮罐破裂引起的火灾爆炸，危害之大，损失之重是惊人的。 据统计，火灾爆炸事故在石油化工生产损失中居主要位置，是石油化工行、【k 的最大威 胁【；2 】o 例如：1 9 7 9 年，我国吉林液化气厂一台大型液化石油气球罐破裂，酿成火灾， 导致6 台大型容器和3 0 0 0 多个钢瓶相继爆炸事故，伤亡8 6 人，直接经济损失6 0 0 万 元口1 。1 9 8 4 年，墨西哥一个容量达1 6 ，0 0 0 m 3 的液化气贮存厂，管道中泄漏的液化气， 遇火燃烧，剧烈的热作用又使两个球形贮罐破裂，液化气人量泄漏引发大火，高温火 焰包围了附近的容器，相继造成很多容器破裂，并使大火在附近蔓延，导致5 0 0 多人 死亡和7 0 0 0 多人受伤，大量的工业和生活设施毁坏，成为人类工业史上最为严重的 事故之一 4 。j 。1 9 9 7 年，北京东方化工厂贮罐区发生大火，导致多台球罐破裂，造成 9 人死、3 7 人伤，直接经济损失数亿元 。1 9 9 8 年西安液化石油气储配站因一个4 0 0 1 1 1 3 的储罐发生泄漏，导致爆炸火灾事故，造成1 2 人死亡，2 0 多人受伤，直接经济损失 4 0 0 多万元，两个4 0 0 m 3 的储罐破裂并引发b i e v e ，火球高度1 0 0 多米i 7 1 。 由此可见火灾事故在化工企业和危险性物料运输事故中占相当大的比例( 剥过去 6 0 9 9 起事故分析的结果表明，火灾事故在其中占4 1 4 ) 【”。同一分析表明，在不同 类型的火灾( 喷焰火灾、闪燃火灾等) 中，池火灾最为常见。虽然池火灾的直接影响 面积比其它的大型事故( 例如沸腾液体膨胀性蒸汽爆炸或气云爆炸) 小，但火焰对生 产设备的影响会引起危险性物料的进一步泄漏，并导致更为严重的事故。如果火焰直 接接触到设备表而，由于热流量非常高，会使情况变得非常危险。 由于工业界安全问题的迫切需要和其学术上的综合性、复杂性，使得当今世界各 工业化国家都在积极组织力量，从多角度、多侧面对事故的机理及其防范措施进行研 究。科技减灾、安全减灾成为减灾的必由之路州。通过事故的预测、预防，完善生产 过程，保护人身和财，的安全；通过灾害的减少，起着实质上保护环境质量、改进经 第一革绪论 济运作以及提高生活质量的作用。过程安全是安全科学技术核心研究领域之一，而 化工过程安全的主要问题之一是化工装置及其预防控制技术。 当前我困正处在社会经济高速发展时期，灾害性事故及其造成的损失呈上升趋 势，因而进行这些领域的研究是非常必要的，但是对这方面的研究需要投入大量的人 力物力财力，特别是火灾实验对实验设施要求比较高，需要的实验费用特别昂贵，因 此结合我国的实际情况减少实验费用也充分发挥计算机数值模拟技术的优越性，对该 领域采用数值分析将对有效的科学的预测、预防、控制这类灾害性事故的发生及指导 紧急救灾，减少火灾、爆炸等事敝造成的人员伤亡、财产损失，确保石化企业生产的 安全运行，维护社会的稳定，具有重要的经济和现实意义。 本报告进行工业贮罐区池火灾灾害过程的数值模拟研究，旨在通过这些研究，更 充分地认识事故规律及相关影响因素，对于罐区的合理设计和布置，如确定安全距离， 确定储罐安全防护方法的选择，预防和减轻可能的事故损失具有准有十分重要的意 义，对防灾。j 救灾起到指导性作用。 1 2固内外研究概况及发展动态 1 21国外研究现状及发展动态 固外对池火灾的研究起步较l = 【，对室内池火灾和开放环境中的池火灾的机理、物 理特征、灾害模拟计算做了较多的研究f ，作。池火灾点火及火焰传播因为其机制比较 复杂，引起了很多人的兴趣。从1 9 5 5 年到1 9 8 0 年，日本、英国、美国都开展了此类 研究活动 。在实验研究方面，美国、口本、英国等发达国家的研究机构或大学从 6 0 年代至今围绕池火灾的燃烧过程、放热特性及众多影响因素从模拟实验到实际规 模实验、从单储罐火灾和多储罐火灾到泄漏液池火灾进行了大量的研究探索，耿得了 许多有价值的实验数据，建立了众多关系模型来静态地描述池火灾的燃烧过程、发热 特性或相关囡素的影响1 2 - 2 0 i 。 k e l n e r 等进行了大型液池火焰实验。实验结果表明，在实测火焰温度与传到物体 的热流或物体的最终表面之问没有一对应关系。热流取决于物体的物理特性，主要 是热容量。所以一些过分简化的计算模型会导致较大的误差。m o o r h o u s e 2 q 提出圆柱 形和圆锥形池火灾火焰模型，在基本满足实际情况的基础上，大大简化了计算量。 h e s k e s t a d 、b a k e r 等在研究池火灾特征参数的基础上，对火焰几何形状和尺寸的确定、 碳士学位论文 火焰表面热通最的确定、热辐剔的空i h j ，f # 播规律、热辐射的破坏准则、池火灾危险性 分析的算法等几个问题进行了研究【2 2 2 ”。t h o m a s 、b r o t z 先后在实验的基础上分别推 导出三个火灾分析叶_ | 的重要参量一火焰平均高度的经验公式2 4 。”。s c h n e c j d e r 对以上 三个模挺进i r 了分析，给出了它们的各自适用范围26 1 。后来有人将风因素考虑进去对 公式提出了进一步修改，其中美国气体协会( a g a ，1 9 7 4 ) 提出的关系模型得到很多 学者专家的认町，m u d a n 和c r o c e 认为该关系模型可以得出好的预测结果【2 7 j 。荷兰政 府在研究之后，假定能量从圆柱形火焰的顶部和侧而向四周均匀辐射，提出了一个计 算表面热辐射通量的公式2 “】。s c b a a e i d e r 认为火焰表面的热辐射通量与很多因素有 关，准确值应有实验确定，建议根据池直径的不同选取不同的火焰表面通量【j 1 j 。e u l a l i a e t a t ( 1 9 9 8 ) 通过实验研究，研究建立了烃类池火灾的火焰温度随时问和火焰高度变 化的经验关系模型l ”l 。 壤近几年随着c f d 技术的同益成熟人们开始应用c f d 技术来研究池火灾的问 题：s i n a i 应用c f d 软件对有风的气象条件下，赢径2 0 m 的煤油液池火灾进行了模拟， 发现池的形状、【制堤高度、周围紊流情况都叮以影响火焰尾剁形状，文中对圆形池火 灾进行了很好的模拟，结果与实验相吻合，发现平行于围堤的横向风对火焰拖曳有很 大影响，使之产生很大的尾羽，倾斜的尾羽对火灾p 风向某处目标的热辐射有很大的 影h 肌并指出利用c f d 技术对池火灾漏度和热流以及流体本身可以作出很好的模拟。 该模拟的结果也表明紊流燃烧模型用以c f d 软件进行数据模拟是可行的 3 3 - 3 6 1 。 1 2 2 幽内研究现状及发展动态 我国列池火灾灾害的研究起步较晚，且仪有部分高校和科研机构开展了有关的研 究工作。中国科技大学火灾实验室的研究人员对油罐火灾中的沸溢现象及其早期特性 进行了实验研究；北京理工大学研究人员对池火灾过程、伤害机理及其危险性进行了 定量分析，归纳了热辐射的伤害和破坏准则，开发了池火灾后果分析评价软件 3 7 - 4 2 。 南京工业大学安全j j 程研究所，对池火灾沸溢形成和机理及在池火灾作用下液化气储 罐的热响应行为进行了研究【4 ”。 丝：至墅堡 1 3 主要研究内容 ( 1 ) 收集国内外关于池火灾的实验数据，建立池火灾数据库。 ( 2 ) 选择c f d 软件模拟，讨论f i 。u e n t 软件在燃烧、火灾工程方面应用的优 势。 ( 3 ) 结合实验结果，研究池火灾的火焰形状( 火焰高度和液池直径) 、火焰温度 分布、燃烧速度、x , j - # b 热辐射等，总结众多关系模型描述池火灾发热特性或相关因素 的影响。 ( 4 ) 从理论上分析池火灾燃烧、辐射的机理，选择适当模拟模型。对池火灾进 行数值模拟分析，利用实验结果和关系模型的计算结果验证本文模拟计算结果。 ( 5 ) 对池火灾环境下储罐事故的安全距离进行计算和分析。对常用的储罐防治 技术进行研究和比较，分析防护方法的防护效果和适用条件。 参考文献 【1 吴粤焱编压力容器安全技术 m 北京：化学工业出版社，1 9 8 2 【2 中周石油化工总公司安全监督局编石油化工安全技术 m 北京：。p 国石化出 版社，1 9 9 8 3 高忠白，邱清宇，王志文编压力容器安全管理工程 m 】北京：中国石化出版 社，1 9 9 2 4 p e t e r s e n ，c m a n a l y s i so ft h el p gd i s a s t e r i nm e x i c o c i t y h a z a r d o u s m a t e r i a l s j ，1 9 8 8 ，( 2 0 ) ：8 5 1 0 7 5 郭朋鸥主编液化石油2 弋安全技术与管理【m 北京：中豳劳动出版社，1 9 9 1 6 j 周鸿浅谈火灾爆炸的预防化工劳动保护 7 】1 9 9 9 ，( 4 ) ：3 1 3 3 【7 梁金忠，马昌华等西安“3 5 ”液化石油气泄漏爆炸事故原因分析劳动保护【j 2 0 0 0 ( 8 ) ：4 3 4 4 【8 】黄金印，傅智敏烃类池火灾火焰温度分布消防技术与产品信息 j 】2 0 0 0 ，1 i ： 4 2 4 5 9 范维澄，廖光煊，钟茂华中国火灾科学的今天和明天中国安全科学学报【j j 一堡! ：兰垡丝苎 2 0 0 0 ，1 0 ( 1 ) ：1 1 ，1 6 1 0 1 涂善东安全可靠性现代工业可持续发展的支持技术化 进展 j 1 9 9 8 ( 3 ) ：2 3 2 6 1 1 v i n e r i e sb a b r a u s k a se s t i m a t i n gl a r g ep o o lf i r eb u r n i n gr a t e sf i r et e c h n o l o g y j 1 9 6 5 ，1f 】) ：2 5 1 1 6 1 1 2 v e m k a t e s hs ，i t oa ，s a i t ok f l a m eb a s es t r u c t u r eo fs m a l l s c a l ep 0 0 1f i r e s c o m b u s t i o ns c i e n c ea n dt e c h n o l o g y j 1 9 9 4 n o l 一3 ：3 7 6 2 1 3 k u ok ，p r i n c i p l e so f c o m b u s t i o n m n e wy o l k ：j o h nw i l e ya n ds o n s 1 9 8 6 1 4 宇德明，冯长根，曾庆轩等热辐射的破坏准则和池火灾的破坏半径中国安全 科学学报 j 1 9 9 6 ，( 2 ) ：2 7 。2 9 1 5 范维澄火灾学简明教程 m 湖北科技出版社】9 9 5 【1 6 傅智敏油罐火灾热平衡及辐射热估算消防科学与技术 j 2 0 0 0 ，( 3 ) ：1 1 _ 1 3 【1 7 c o xg ，c h i t t y r c o m b u s t i o na n df l a m e 【j ，1 9 8 0 ，( 3 9 ) ：1 9 1 2 0 9 1 1 8 刘茂，杜雅萍煤油贮罐区火灾危险性评价中国安全科学学报【j 1 1 9 9 8 ，8 ( 1 ) ： 4 3 4 6 【1 9 王兴安，梅飞鸣，辐射传热( m 】高等教育出版社1 9 8 9 2 0 姚运涛，杜扬油罐火灾模式及火行为的研究天然气与石油 j j 2 0 0 0 ，1 8 ( 3 ) ： 2 0 。3 1 2 1 m o o r h o u s ejs c a l i n gc r i t e r i af o rp o o lf i r e sd e r i v e df r o ml a r g es c a l ee x p e r i m e n t s i n s tc h e me n g i n e e r s n o r t hw e s tb r a n c hs y m p o s i u mo nt h ea s s e s s m e n to f m a j o r h a z a r d s 3 1 9 8 2 6 ：1 6 2 2 【2 2 h e s k e s t a dge n g i n e e r i n gr e l m i o n sf o rf i r ep l u m e s f i r es a f e t y j 19 8 7 ，( 7 ) ：2 5 3 2 2 3 b a k e rw e c o xr a ，w e s t i n ep s ，e ta l e x p l o s i o nh a z a r d sa n de v a l u a t i o n e l s e v i e r j 1 9 8 3 6 ：2 2 2 8 2 4 t h o m a sp t h es i z eo ff l a m e sf r o mn a t u r a lf i r e s o nc o m b u s t i o n j 19 6 3 ：8 4 4 8 4 5 ( 2 5 j b r o t zw ，s c h o n b u c h e r 八，s c h a b l er s t a t i s t i c a l i n v e s t i g a t i o n so fp o o lf l a m e s i n t l o s sp r e v e n t i o ns y m p j 1 9 7 7 ，5 ：1 1 2 - 1 1 6 【2 6 】s c h n e i d e rv ，h o f m a n nj a na d v a n c e de n g i n e e r i n ga p p r o a c ht of i r es i m u l a t i o n a n d c o n s e q u e n c e e v a l u a t i o nb y k a f k a pa n d w o l f je l s e v i e r j 1 9 9 3 ：4 9 9 5 0 0 2 7 a m e r i c ag a sa s s o c i a t i o n l n gs a l t yr e s e a r c hp r o g r a m r e p o r ti s 3 1 ，1 9 7 4 ：4 5 一翌二里丝堡 4 6 2 8 m u d a n k ，s f i r eh a z a r dc a l c u l a t i o ni m p a c t sf o rl a r g eo p e nh y d r o c a r b o nf i r e s i n t h es f p eh a n d b o o ko f f i r ep r o t e c t i o ne n g i n e e r i n g j 1 9 8 8 ：2 2 2 6 2 9 c r o c ep ，m u d a nk s c a l c u l a t i o ni m p a c t sf o rl a r g e rt t y d r o c a r b o np o o lf i r e s f i r e s s a f e t y j 1 9 8 6 ，( 1 1 ) ：9 9 3 0 l a u n d e rb e ，s p a l d i n gd b l e c t u r e si nm a t h e m a t i c a lm o d e l so ft u r b u l e n c e m l o n d o n ：a c a d e m i cp r e s s ，1 9 7 2 31 j o n e sw p ，w h i t e l a wj t t c a l c u l a t i o nm e t h o d sf o rr e a c t i n gt u r b u l e n tf l o w s c o m b u s tf l a m e j 1 9 8 2 ，4 8 ：1 - 2 6 3 2 e u l a l i a p l a n n a s - c u c h i ，j o a q u i mc a s a l m o d e l i n gt e m p e r a t u r e e v o l u t i o ni n e q u i p m e n t e n g u l f e d i n p o o lf i r e f i r es a f e t yj o u r n a l j 1 9 9 8 ( 3 0 ) ：2 5 1 2 6 8 【3 3 p e r r o u xj m ，c l e a v e rp ，w i l l i a m sr i a ne x a m p l eo ft h ec o l l a b o r a t i o nb e t w e e n b r i t i s hg a s ，g a zd ef r a n c ea n dt h eg a si n s t i t u t e ，an e wm e t h o df o rp r e d i c t i n gt h e s p r e a d i n go f l n gi n p r o c e e d i n g so f l l t h j ，1 9 9 5 ：3 5 3 4 s i n a i ! e l ，( ) w e n sm pv a l i d a t i o no fc f dm o d e l i n go fu n c o n f i n e dp o o lf i r e sw i t h c r o s s w i n d ：f l a m eg e o m e t r y f i r es a f e t y j 19 9 5 ，2 4 ：1 3 4 3 5 s i n a i e l ，o w e n sm p c f dm o d e l i n go fu n c o n f i n e dp o o lf i r e si nt h ea b s e n c eo f c r o s s w i n df i r s te u r o p e a ns y m p o s i u mo ft h ei n t e r n a t i o n a la s s o c i a t i o no ff i r e s a f e t y s c i e n c e j l9 9 5 ：21 2 3 3 6 s i n a iy l c f dm o d e l i n go fp o o lf i r e si n s t a b i l i t i e sw i t h o u tc r o s s w i n d f i r e s a f e t yj o u r n a l j 2 0 0 0 ，( 3 5 ) ：5 1 6 1 【3 7 字德明，冯k 根等开放空气环境中的池火灾及其危险性分析燃烧科学与技术 t 1 9 9 6 ，2 ( 2 ) ：9 5 1 0 3 3 8 s h e b e k o ，y un ，s m o l i n ，im ，e ta l s o m ea s p e c t so ff i r ea n de x p l o s i o nh a z a r d s o fl a r g el p gs t o r a g ev e s s e l s l o s sp r e v e n t i o ni nt h ep r o c e s si n d u s t r i e s j 19 9 5 ， 8 f 3 、：1 6 3 1 6 8 3 9 范维澄，姜冯辉等热安全工程基础研究现状与发展 r 国家自然科学基金委 委托项目研究报告，1 9 9 5 4 0 杨立中，周晓冬等碳氢燃料泄漏火灾火焰热辐射强度估算中国安全科学学报 1 9 9 9 ，9 1 ) ：3 5 3 8 4 1 花锦松，廖光煊等扬沸火灾监测预报方法研究一基础研究火灾科学 j 1 9 9 3 ， q ? ? 一? 6 倾h 学位论文 【4 2 俞昌铭，钱耀南液化气储运过程中突发事故机理研究进展，武汉交通科技大 学学报 t 19 9 8 ，2 2 ( 5 ) ：4 2 4 7 4 3 邢志祥火灾环境下液化气体储罐热响应行为研究 d 南京南京工业大学 2 0 0 4 4 4 葛秀坤火灾环境中液化气储罐的热响应行为的数值分析 明南京南京工业 大学2 0 0 4 4 8李丽霞储罐区池火灾状态下防火问距理论基础的研究 d 南京南京工业大 学2 0 0 4 第二章池火灾数据库及c f d 轼什的选用 第二章池火灾数据库及c f d 软件的选用 2 1 数据库开发工具的选择 2 1 1 数据库系统概述 数据库系统提供了。种把与工作和牛活紧密相关的信息集合在一起的方法，它还 提供了在某个集中的地方存储和维护这些信息的方法。数掘库系统主要由i 大部分组 成：数据库管理系统( d b m s ：它是专门负责组织和管理数据信息的程序) 、数据库 应用程序( 它能够获取、显示和更新由d b m s 存储的数据) 、数据库( 按一定结构组 织在一起的相关数据的集合) 。 般来说，d b m s 和数据库应用程序都驻留在同台计算机上并在同一台计算机 上运行，很多情况下两者甚至结合在同一个程序中，以前使用的大多数数据库系统都 是用这种方法设计的。但是随着d b m s 技术的发展，目前的数据库系统正向客户n 务器模式发展。客户删务器数据库将d b m s 和数据库应用程序分开，从而提高了数 据库系统的处理能力。数据库应用程序运行在一个或多个用户工作站( 客户机) 上， 并且通过网络与运行在其它计算机上( 服务器) 的一个或多个d b m s 进行通信。 2 ，1 2a c t i v es e r v e rp a g e s 数据库特性及功能简介 现在的数据库软件开发i ：具很多，如d e l p h i 4 0 、v i s u a lf o x p r o 、m i c r o s o f tv i s u a l b a s i c6 0 ( v b ) 、a c t i v es e r v e r p a g e s 、o b j a c tp a s c a l 、m i c r o s o f t v i s u a l c + + 6 0 ( v c ) 等。其中a c t i v es e r v e rp a g e s ( a s p ) 是功能强大、易于学习的服务器端脚本编程环境。 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 动态网页，是微软公司推出的一种用以取代c g i ( c o m m o n g a t e w a y i n t e r f a c e ) 通用网关接口的技术。可以通过a s p 结合h t m l 语言、a s p 指令 和a c t j v b x7 i 件以及数据库等方面知识，使用w e b 服务器创建并运行动态的交互式 w e b 站点。 一般常用的数据库为m i c r o s o f ta c c e s s 或s q ts e r v e r ，为了使用这两种数据库， 通常需要先创建和配置o d b c 数据源，但事实上，a s p 脚本可以使用o l dd b 的其 他驱动程序直接把a d o 绑定到数据库，而不使用o d b c 作为一个附加层a s p 内置 a d o 组什，医此j j j 以轻松的存取各种数据库，从而大大缩短了稗j nr 发时问。 a s p 的q - 要优j 气足个lu 以通过a d o ( a c t i v c xd a t ao b j e c t s ，微软的种新的数摒 访问模r u ，是一种可以提供w e b 贝曲丌发者轻松存取i n t e r n e t 的数据库，并可以征 用户端实现网? 立剐、即时更新显1 i 的最新w e b 页m 数据库技术。，) 非常力瘦地访问 数据库，从陌使存取数据库变得轻松容易，丌发执行快速、消耗系统资源较少一引= 目 磁盘空问小。所以a s p 是w e b 数据库应用的最佳选择。 2 2 数据库的开发 该数据库系统收集困内外包括本研究的相关池火灾实验及模拟结果，丌发的目的 是进一步揭示池火灾的规律，lu 以为储罐安，! ! ：距离的设计及火灾消防提供参考。 2 2 2 数范库设计 数据库包括池直径( m ) 、燃料种类、燃烧速度k g m 2 s 、火焰尺寸( h d ) 、风速 ( m s ) 、火焰倾角l 。) 、池火灾表面热辐射( k w m 2 ) 、出处、数据模拟结果、其他。 其。旷。燃烧速度k g m 2 s 、火焰尺叫( i i d ) 、风速( m s ) 、火焰倾角( 。) 、池火灾表面 热辐劓( k w m 2 ) ”都是实验值，不同的风速划应相应的火焰倾角。“m 处”说明数据来 源。“数据模拟结果”保存模拟的结果，对应相应的实验值，方便查询比较。如图2 - 1 为数据库界面。 数据库查询提供了对“池直径( m ) ”和“燃料种类”的查询。“池直径”的查i = 白是区 r 日j 查询，输入查询所在区间，即能得到数据库中符合条件的数据燃料种类”的查询 提供下拉荣盟包括汽油、轻柴油、重柴油、苯等，避免因为名称称呼的不同影响查嘲 结果。例如输入0 电直径”范围“o 1 ”，燃烧种类重柴油”，即可得到符合查泊j 要求的结 果如图2 - 2 所示。 第二章池火灾数据库及c f d 软件的选用 图2 - 1 数据库界面 f 逛2 1d a t a b a s ei n t e r f a c e 图2 - 2 查询界面 f i g2 - 2s e a r c hi n t e r f a c e 0 硕士学位论史 2 3 c f d 技术和模拟软件的选用 2 3 1c f d 技术 计算流体z o j 学( c f d ) 是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分 方程组，并且刘卜述对象进行过程模拟。c f d 可用来进行流体动力学的基础研究，复 杂流动结构的工程设汁，了解在燃烧过程中的化学反应，分析实验结果等。其主要优 点是能以较少的费用和较短的时间获得大量有价值的研究结果，对投资大、周期长、 难度高的实验研究来说，c f d 的优点就更为突出。因此，将c f d 与工程研究相结合， 不仪有助丁工程设计的改进，而且能减少实验的工作量。可以说，c f d 是一种有效的 经济的研究手段【】j 。 c f d 作为一种工程研究的设计手段开始于七十年代，由- f 受到计算机硬件和计算 费用的制约，c f d 最初只有在核i j k 和航空业中获得应用。随着计算机技术的飞跃发 展，计算机成本的逐渐下降，性能不断改进，在八十年代初期，c f d 己被引入汽车制 造业和化工领域。但是它仍未能得到广泛应用。只是在近十年中，计算机的计算速度 和存贮能力已有大幅度提高，而计算机硬件成本反而急剧下降，很多工程技术人员都 能够很容易使用计算机工作台。由此c f d 才在一般工程设计中得到广泛应用 2 。l 。 c f d 求解问题的过程是按下列步骤进行的：首先确定能够描述列象流动参量连续 变化的公分方程组( 如w a v i e r s t o k e s 方程) ，然后通过离散化方法( 如有限差分法或 有限元法) 对连续变化的参量用离散空间和时间的值来表示，使微分方程组转变成代 数方程组形式，空间离散位置可用计算网络上的节点描述，最后离散方程组通过计算 机求得结果。 c f d 方法是对流场的控制方程组用数值方法将其离散到一系列网格节点上并求 其离散数值解的一种方法，控制所有液体流动的基本规律是：质量守恒定律，动量守 恒定律和能量守恒定律。由它们可以分别导出连续性方程、动量方程和能量方程，得 到纳维尔一斯托克斯偏微分方程组，建成n s 方程组。n s 方程组是流体流动所必须 遵守的普遍规律。在守恒方程组基础上，加上反映流体流动特殊性质的数学模型( 如 湍流模型、燃烧模型、多相流模型等) 和边界条件、初始条件构成封闭的方程组来描 述特定流场、流体的流动规律。 自从2 0 世纪9 0 年代c f d 商业软件引入国内以来，从事计算流体力学的科研单 笫二章池火灾数据库及c f d 软件的选用 位、大专院校和型号设计部门( 如北京大学清华大学、北京航空航天大学、中科院力 学所等) 开始重视其价值，组织多次会议，进行学术交流，探讨f l u e n t 等c f d 通用 商业软件的应用技巧，确证它的准确性可靠性，并使用c f d 商用软件开展课题研究， 完成项目任务。经历多年的学习研究和证实后学者专家普遍认为c f d 商业软件在很 多的科研领域中进行计算都能得到和实验结果相当吻合的数据，计算结果总体上是可 信的，圉此可以在实验前对大量的研究方案用这些软件进行数值模拟，提高研究效率， 加快研究进度、降低研究费用；有些实物实验作不到的j 【况也可以用数值计算来预测。 这些软件都有前后处理的功能，使用这些软件；叮以大大减少对较复杂的流动外形的几 何处理网格设训的工作量，方便地用各种方式给出计算结果，增加了结果的可视性。 相信随着对软件的进一步熟悉和实践，将会得到解决更多更难的计算液体力学课题的 经验，以及对商业软件应用价值的认识。总之，实践经验证明在实用计算液体力学方 面，可以用通用的c f d 商业软件来完成工程问题；对于复杂的计算液体力学问题， 可以用其先进行定性分析，列于大的实验，可以用其进行有效的筛选f 4 - s i 。 2 32 模拟软件的选用 c f d 是近年发展较快的一种计