資源描述：
《【碩士論文】LPG儲罐在火災(zāi)環(huán)境中熱響應(yīng)的數(shù)值模擬.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、大連理工大學碩士學位論文摘要液化氣儲罐火災(zāi)爆炸事故是液化氣生產(chǎn)、運輸、儲存過程中常見的事故。引起這樣的事故的重要原因之一是液化氣儲罐受到外部火災(zāi)侵襲后，儲罐內(nèi)部壓力升高，儲罐壁面強度下降，造成儲罐破裂引起的火災(zāi)爆炸或者中毒事故。本文對液化氣儲罐在火災(zāi)條件下的熱響應(yīng)行為過程進行研究，能夠為預(yù)測、預(yù)防和控制事故提供一定的理論依據(jù)。本文研究中，以LPG儲罐作為研究對象，建立了在火災(zāi)侵襲情況下，LPG儲罐熱響應(yīng)過程的物理模型和數(shù)學模型。用RNGk—s湍流模型描述流體湍流流動，用VOF模型處理兩相流動，用UDF添加
2、質(zhì)量方程和能量方程源相的方法處理在熱響應(yīng)過程中氣液兩相的質(zhì)量能量變化情況。應(yīng)用CFD軟件FLUENT對LPG儲罐處于兩種不同火災(zāi)(池火和噴射火)條件下的壓力、壁溫以及內(nèi)部介質(zhì)溫度的熱響應(yīng)過程進行了三維數(shù)值模擬。在模擬過程中，根據(jù)本身的物理模型和數(shù)學模型特點，提出了一些假設(shè)。將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相吻合。通過改變計算模型的邊界條件和初始條件，本模型可以模擬在兩種類型火災(zāi)環(huán)境下，不同尺寸，不同充裝率，不同火焰溫度，不同壁厚和不同火焰包圍程度下等情況的LPG儲罐熱響應(yīng)過程。將影響儲罐
3、熱響應(yīng)過程的主要因素作為考慮對象，分別在兩種火焰條件下，對比不同充裝率、不同外部火焰溫度、不同壁厚以及不同火焰包圍程度對儲罐壁溫度、內(nèi)部介質(zhì)溫度和壓力響應(yīng)的影響。儲罐的充裝率越高，儲罐的壓力響應(yīng)越快，內(nèi)部介質(zhì)溫度響應(yīng)越慢，失效時間越短。85％充裝率儲罐的壓力響應(yīng)幾乎是20％儲罐的2倍；儲罐外部火焰溫度越大，儲罐的壓力、最大壁溫和內(nèi)部介質(zhì)溫度響應(yīng)越快?；鹧鏈囟葘Ρ跍氐挠绊戄^為顯著，火焰溫度變化100K，最大壁溫也變化100K左右；儲罐壁厚對壓力、最大壁溫和內(nèi)部介質(zhì)溫度都有很大影響，壁厚增大，三種變量的響應(yīng)都
4、減慢。外部的火焰包圍程度越大，儲罐壓力和內(nèi)部介質(zhì)溫度的響應(yīng)越快，對最大壁溫響應(yīng)沒有影響。與池火作用時比較，噴射火引起的儲罐熱響應(yīng)更快，達到相同壓力、溫度值時需要的時間更短：但是當儲罐的壓力、壁溫相同時，池火條件下的液相介質(zhì)溫度更高，即過熱度更高，如果儲罐此時破裂，發(fā)生BLEVE的可能性更大，或者兩者同時發(fā)生BLEVE，過熱度更高的儲罐爆炸產(chǎn)生的威力更大。關(guān)鍵詞：液化石油氣儲罐；熱響應(yīng)；數(shù)值模擬；CFD儲罐http://www.wxchuguan.com/大連理工大學碩士學位論文芎I吉丁_Ej化工行業(yè)的許多
5、壓力容器，充裝的是高壓液化氣體(PressurizedLiquefiedGas，PLG)，內(nèi)部多充裝易燃易爆有毒介質(zhì)，如液化石油氣(LiquefiedPetroleumGas，LPG)，液氨，液氯、丁烷等。如果儲罐在一定條件下發(fā)生破裂，內(nèi)部的介質(zhì)泄漏，容易引起火災(zāi)爆炸或者中毒事件，在一定條件下，還可能發(fā)生更為嚴重的沸騰液體膨脹蒸汽爆炸(BLEVE)。隨著液化氣作為燃料和工業(yè)原料在日常生活和工業(yè)中大規(guī)模使用，這種潛在的危險性在液化氣的生產(chǎn)、運輸和儲存過程也越來越明顯的顯露出來。一旦這樣的事故發(fā)生，往往造成巨
6、大的人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境破壞。在對1926--2004所有的高壓液化氣泄漏引起的事故進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，事故涉及的主要物質(zhì)中，LPG占到了46％。在對事故原因的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)由于火災(zāi)引起的事故約占36％左右。本文將以LPG儲罐為代表，研究火災(zāi)條件下的液化氣儲罐的熱響應(yīng)過程。在LPG儲罐受到外部火災(zāi)的侵襲后，內(nèi)部壓力升高，同時儲罐壁面的強度降低，達到儲罐的爆破壓力，儲罐破裂，內(nèi)部介質(zhì)噴出，遇到外部火源，會引起蒸汽爆炸或火球等二次災(zāi)害。如果這樣的事故發(fā)生在大型的儲罐區(qū)，會引起儲罐的連鎖爆炸，這樣的事故是十分嚴重的
7、。LPG儲罐在外界熱源影響下破裂泄漏引發(fā)的災(zāi)害，在儲罐破裂之前的行為過程從傳熱學角度可描述為，密閉容器在受到外部熱源的作用下，容器壁升溫，內(nèi)部介質(zhì)升溫升壓，其本質(zhì)是火焰——壁面——內(nèi)部介質(zhì)(氣相、液相)的傳熱問題，以及內(nèi)部介質(zhì)的氣液兩相之間的傳熱傳質(zhì)問題；從力學角度描述為容器壁因高溫引起材料強度的降低，或者局部的熱應(yīng)力引起的材料強度的降低。當達到一定的條件，儲罐破裂，產(chǎn)生火災(zāi)爆炸事故。．在LPG儲罐處于火災(zāi)條件時，通過對流和熱輻射將熱量通過壁面?zhèn)髦羶?nèi)部介質(zhì)中。在加熱過程中，靠近壁面的液體先被加熱，受熱后密
8、度減小沿壁面向上流動到液相的頂部，這會在靠近壁面處形成邊界層，也會使液相溫度沿儲罐高度方向形成一定的梯度，稱之為液相的溫度分層效應(yīng)。液相頂部的溫度最高，儲罐內(nèi)部壓力等于該溫度層所對應(yīng)的飽和蒸汽壓。氣相受熱溫度升高。液相是不均勻受熱，靠近壁面處液體和液相頂部液體溫度較高，當達到儲罐壓力對應(yīng)的飽和溫度時，則發(fā)生沸騰現(xiàn)象。另外在氣液交界面上，液體也會不斷蒸發(fā)。這都使氣相的壓力不斷升高，同時壓力的升高又會抑制沸騰的發(fā)生。儲罐內(nèi)部介質(zhì)熱
