液化氣體瞬時(shí)泄漏產(chǎn)生兩相云團(tuán)演化機(jī)理研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)環(huán)境中儲(chǔ)存、運(yùn)輸或使用著大量的危險(xiǎn)液化氣體介質(zhì)，這些介質(zhì)通常不是有毒就易燃易爆，被加壓以液態(tài)形式存在。密封這些液化氣體介質(zhì)的容器一旦因?yàn)橐馔馐鹿拾l(fā)生破壞就會(huì)引發(fā)泄漏事故，其中瞬時(shí)泄漏由于危害最大且往往會(huì)伴隨蒸氣爆炸最危險(xiǎn)。盡管目前學(xué)術(shù)界的相關(guān)研究已取得了可觀的成果，但對(duì)事故后果演化機(jī)理仍不清晰，因此研究液化氣體瞬時(shí)爆炸性蒸發(fā)產(chǎn)生的云團(tuán)演化過程的機(jī)理和特征規(guī)律，可以為科學(xué)應(yīng)對(duì)此類事故提供理論依據(jù)；成功預(yù)測云團(tuán)的變化過程，

2、對(duì)事故繼發(fā)災(zāi)難的防范具有決定性的價(jià)值。
　　 本文針對(duì)液化氣體爆炸性瞬時(shí)泄漏產(chǎn)生的蒸氣云演化的機(jī)理進(jìn)行了研究。以過熱理論為基礎(chǔ)，把崩裂形成的液滴群作為切入點(diǎn)，將液體汽化潛熱、飽和蒸氣壓等物性參數(shù)考慮到液滴表面蒸發(fā)計(jì)算中，完善了描述液滴蒸發(fā)的傳熱傳質(zhì)計(jì)算，按照時(shí)間發(fā)展建立了描述液化氣體瞬時(shí)泄漏產(chǎn)生的蒸氣云演化理論模型。采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法，依據(jù)液化氣體瞬時(shí)泄漏產(chǎn)生的蒸氣云演化理論模型，建立了瞬時(shí)泄漏產(chǎn)生的云團(tuán)演化數(shù)值模擬

3、模型。對(duì)Pettitt在1990年進(jìn)行的小尺度玻璃容器瞬時(shí)破壞后的液體瞬時(shí)泄漏的小尺度試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文所建立的理論模型和數(shù)值模擬模型的科學(xué)性及優(yōu)越性。該模型可以預(yù)測云團(tuán)演化過程中從微觀到宏觀的物理變化，并優(yōu)越于之前學(xué)者所建立的模型。
　　 以氟利昂為研究介質(zhì)的瞬時(shí)泄漏產(chǎn)生蒸氣云演化過程的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，氟利昂的瞬時(shí)泄漏并不激烈，云團(tuán)膨脹速度較為平穩(wěn)。進(jìn)一步對(duì)云團(tuán)宏觀尺寸、云團(tuán)內(nèi)介質(zhì)

4、濃度和溫度分布變化以及微觀上液滴群的停留軌跡、液滴濃度分布以及蒸發(fā)速度等參數(shù)的研究結(jié)果顯示，云團(tuán)演化的最初大約0.4 s以內(nèi)可以被定義為初始膨脹階段，該階段有云團(tuán)快速膨脹同時(shí)溫度下降、介質(zhì)和溫度分布區(qū)域不均勻化等特征。
　　 本文還以液氯和液氨作為典型毒性危險(xiǎn)液化氣體介質(zhì)、液化石油氣作為典型的易燃易爆危險(xiǎn)介質(zhì)，在相同條件下進(jìn)行了瞬時(shí)泄漏爆炸數(shù)值模擬計(jì)算，并從宏觀云團(tuán)和微觀液滴兩個(gè)方面進(jìn)行了結(jié)果分析。結(jié)果表明這三種介質(zhì)云團(tuán)在演化過

5、程中云團(tuán)溫度的變化趨勢和介質(zhì)濃度的分布變化規(guī)律與氟利昂云團(tuán)類似，但由于這三種介質(zhì)室溫條件下過熱度均遠(yuǎn)大于氟利昂，所以云團(tuán)的直徑增長在最初0.4 s內(nèi)的初始膨脹都比氟利昂云團(tuán)明顯。而且通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)影響溫度下降幅度的重要參數(shù)是汽化潛熱，在該階段里，液滴大量氣化造成云團(tuán)溫度下降是重要特征。
　　 本文還根據(jù)國家相關(guān)部門對(duì)危險(xiǎn)介質(zhì)的傷害極限規(guī)定，對(duì)液氯和液氨這兩種以毒性為主的危險(xiǎn)介質(zhì)發(fā)生瞬時(shí)泄漏后，預(yù)測了在不同標(biāo)準(zhǔn)濃度下的介質(zhì)云團(tuán)影響范

6、圍直徑。并通過分析可以得到，與液氨相比液氯瞬時(shí)泄漏產(chǎn)生的云團(tuán)毒性大，持續(xù)時(shí)間長，影響范圍廣，對(duì)環(huán)境的傷害更嚴(yán)重；對(duì)于易燃易爆的液化石油氣。根據(jù)可燃極限范圍，預(yù)測了液化石油氣云團(tuán)的爆燃后果云團(tuán)中可燃區(qū)域的大致演化過程以及云團(tuán)最大可燃直徑的變化范圍。
　　 本文的研究成果不僅在理論上發(fā)展了液化氣體瞬時(shí)產(chǎn)生蒸氣云的演化機(jī)理，數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果也豐富了蒸氣云的演化中關(guān)于介質(zhì)輸運(yùn)、熱量傳遞和相變過程的變化規(guī)律，為國外同領(lǐng)域的科研提供新的參考