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化工园区事故多米诺效应下LPG储罐动力学特性研究

作　者: 周成
导　师: 陈国华
学　校: 华南理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: LPG储罐事故多米诺效应火灾爆炸动力学特性
分类号: TE972
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

液化石油气是一种易燃易爆危险化学品,当化工园区内存在大量LPG储罐时,旦发生火灾爆炸,往往会导致邻近储罐失效破坏从而引发事故多米诺效应,造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此,对化工园区LPG储罐火灾爆炸引发的事故多米诺效应进行研究十分必要。本文在总结国内外相关物理数学模型的基础上,以火灾爆炸引发的事故多米诺效应为背景,从动力学特性角度对LPG储罐进行分析,得出LPG储罐在事故多米诺效应下的响应规律,能够为LPG储罐的运营管理和风险控制提供理论基础和技术支持。1)火灾引发的事故多米诺效应下LPG储罐热动力响应物理数学模型：对火灾引发的事故多米诺效应下LPG储罐的热动力响应行为进行分析,总结火灾引发的事故多米诺效应下LPG储罐热动力响应的物理数学模型。2)池火灾引发的事故多米诺效应下LPG储罐热动力学特性分析：应用ANSYS软件对池火灾引发的事故多米诺效应下LPG储罐的热动力学特性进行数值模拟,并与相同条件下英国HSE实验进行对照,分析壁厚、温度、充装水平对热动力学特性的影响。3)喷射火引发的事故多米诺效应下LPG储罐热动力学特性分析：对均匀喷射火和非均匀喷射火引发的事故多米诺效应下LPG储罐的热动力学特性进行了数值模拟,并与相同条件下英国HSE实验进行对照,分析喷射速率、喷射介质状态、内径、壁厚、充装水平对非均匀喷射火下LPG储罐热动力学特性的影响。4)爆炸引发的事故多米诺效应下LPG储罐动力学特性分析：针对爆炸碎片、爆炸火球和爆炸冲击波等爆炸引发的事故多米诺效应扩展参数下LPG储罐的动力学特性进行分析。其中,对爆炸碎片,分析其穿透动力学特性；对爆炸火球,分析其热动力学特性；对爆炸冲击波,分析其冲击动力学特性。通过上述研究工作,构建了LPG储罐发生池火灾、喷射火、爆炸事故多米诺效应的扩展条件,得出了事故多米诺效应下LPG储罐的动力学特性规律,并与HSE实验结果对照验证了模拟结果的有效性。分析结果对控制化工园区风险、预防与减少事故多米诺效应的发生、降低事故损失具有一定参考应用价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
符号说明  11-14
第一章绪论  14-22
  1.1 课题研究背景  14-15
  1.2 课题研究前提假设及化工园区事故多米诺效应  15-17
    1.2.1 课题研究前提假设  15
    1.2.2 化工园区事故多米诺效应  15-17
  1.3 事故多米诺效应下LPG储罐动力响应研究现状  17-20
    1.3.1 实验研究  17-18
    1.3.2 模拟研究  18-19
    1.3.3 机理研究  19-20
  1.4 课题来源及主要研究内容  20-22
第二章火灾多米诺效应下LPG储罐动力响应理论及模型  22-31
  2.1 液化石油气火灾相关基础理论知识  22-23
    2.1.1 液化石油气性质及储存方式  22
    2.1.2 液化石油气火灾多米诺效应特征及破坏作用  22-23
  2.2 火灾热动力响应行为物理数学模型  23-24
    2.2.1 物理模型  23-24
    2.2.2 数学模型与假设  24
  2.3 火灾热动力响应行为理论分析  24-30
    2.3.1 火灾火焰温度变化模型  24-25
    2.3.2 火灾火焰与储罐外壁传热模型  25-26
    2.3.3 火灾环境下储罐壁温度场模型  26
    2.3.4 火灾环境下液化气介质换热模型  26-29
    2.3.5 火灾环境下储罐内压力计算模型  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章化工园区池火灾多米诺效应下LPG储罐热动力学特性分析  31-48
  3.1 热动力行为的有限元分析  31-33
    3.1.1 稳态与瞬态热分析  31-32
    3.1.2 三种热传递的基本方式  32
    3.1.3 线性与非线性热分析  32-33
    3.1.4 边界条件与初始条件  33
  3.2 池火灾多米诺效应下LPG储罐热动力学特性分析  33-46
    3.2.1 几何模型及计算初始条件  34-35
    3.2.2 有限元计算前处理  35-37
    3.2.3 有限元分析边界条件及求解控制  37
    3.2.4 有限元模拟后处理  37-40
    3.2.5 有限元模拟结果及分析  40-46
  3.3 本章小结  46-48
第四章化工园区喷射火多米诺效应下LPG储罐热动力学特性分析  48-70
  4.1 喷射火火焰与储罐外壁传热模型  48-49
  4.2 均匀喷射火多米诺效应下LPG储罐的热动力学特性分析  49-54
    4.2.1 几何模型及计算初始条件  49-50
    4.2.2 有限元计算前处理  50
    4.2.3 有限元分析边界条件及求解控制  50-51
    4.2.4 有限元模拟结果及分析  51-54
  4.3 非均匀喷射火作用下LPG储罐热动力学特性分析  54-68
    4.3.1 有限元分析前处理  54-55
    4.3.2 有限元模拟结果及分析  55-68
  4.4 本章小结  68-70
第五章化工园区爆炸多米诺效应下LPG储罐动力学特性分析  70-88
  5.1 爆炸碎片多米诺效应下LPG储罐穿透动力学特性分析  70-77
    5.1.1 爆炸碎片撞击LPG储罐穿透动力学特性的理论分析  70-73
    5.1.2 爆炸碎片撞击LPG储罐穿透动力学特性的实例分析  73-77
  5.2 爆炸火球多米诺效应下LPG储罐热动力学特性分析  77-82
    5.2.1 爆炸火球热辐射伤害模型  77-78
    5.2.2 爆炸火球作用下储罐热动力特性分析  78-82
  5.3 爆炸冲击波多米诺效应下LPG储罐冲击动力学特性分析  82-87
    5.3.1 爆炸冲击波动力学特性的理论分析  82-84
    5.3.2 LPG储罐受爆炸冲击波冲击动力学特性的实例分析  84-87
  5.4 本章小结  87-88
结论与展望  88-90
  主要研究结论  88-89
  进一步研究展望  89-90
参考文献  90-95
读硕士学位期间取得的研究成果  95-96
致谢  96-97
答辩委员会对论文的评定意见  97

化工园区事故多米诺效应下LPG储罐动力学特性研究

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