液化氣體瞬時泄漏產(chǎn)生兩相云團演化機理研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)和社會環(huán)境中儲存、運輸或使用著大量的危險液化氣體介質(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)的容器一旦因為意外事故發(fā)生破壞就會引發(fā)泄漏事故，其中瞬時泄漏由于危害最大且往往會伴隨蒸氣爆炸最危險。盡管目前學(xué)術(shù)界的相關(guān)研究已取得了可觀的成果，但對事故后果演化機理仍不清晰，因此研究液化氣體瞬時爆炸性蒸發(fā)產(chǎn)生的云團演化過程的機理和特征規(guī)律，可以為科學(xué)應(yīng)對此類事故提供理論依據(jù)；成功預(yù)測云團的變化過程，

2、對事故繼發(fā)災(zāi)難的防范具有決定性的價值。
　　 本文針對液化氣體爆炸性瞬時泄漏產(chǎn)生的蒸氣云演化的機理進行了研究。以過熱理論為基礎(chǔ)，把崩裂形成的液滴群作為切入點，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)計算中，完善了描述液滴蒸發(fā)的傳熱傳質(zhì)計算，按照時間發(fā)展建立了描述液化氣體瞬時泄漏產(chǎn)生的蒸氣云演化理論模型。采用計算流體力學(xué)(CFD)方法，依據(jù)液化氣體瞬時泄漏產(chǎn)生的蒸氣云演化理論模型，建立了瞬時泄漏產(chǎn)生的云團演化數(shù)值模擬

3、模型。對Pettitt在1990年進行的小尺度玻璃容器瞬時破壞后的液體瞬時泄漏的小尺度試驗進行了數(shù)值模擬，并與試驗數(shù)據(jù)進行了對比分析，驗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)的瞬時泄漏產(chǎn)生蒸氣云演化過程的數(shù)值模擬計算結(jié)果表明，氟利昂的瞬時泄漏并不激烈，云團膨脹速度較為平穩(wěn)。進一步對云團宏觀尺寸、云團內(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，該階段有云團快速膨脹同時溫度下降、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液化氣體介質(zhì)、液化石油氣作為典型的易燃易爆危險介質(zhì)，在相同條件下進行了瞬時泄漏爆炸數(shù)值模擬計算，并從宏觀云團和微觀液滴兩個方面進行了結(jié)果分析。結(jié)果表明這三種介質(zhì)云團在演化過

5、程中云團溫度的變化趨勢和介質(zhì)濃度的分布變化規(guī)律與氟利昂云團類似，但由于這三種介質(zhì)室溫條件下過熱度均遠大于氟利昂，所以云團的直徑增長在最初0.4 s內(nèi)的初始膨脹都比氟利昂云團明顯。而且通過對比發(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溫度下降是重要特征。
　　 本文還根據(jù)國家相關(guān)部門對危險介質(zhì)的傷害極限規(guī)定，對液氯和液氨這兩種以毒性為主的危險介質(zhì)發(fā)生瞬時泄漏后，預(yù)測了在不同標(biāo)準(zhǔn)濃度下的介質(zhì)云團影響范

6、圍直徑。并通過分析可以得到，與液氨相比液氯瞬時泄漏產(chǎn)生的云團毒性大，持續(xù)時間長，影響范圍廣，對環(huán)境的傷害更嚴(yán)重；對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的爆燃后果云團中可燃區(qū)域的大致演化過程以及云團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)展了液化氣體瞬時產(chǎn)生蒸氣云的演化機理，數(shù)值模擬計算結(jié)果也豐富了蒸氣云的演化中關(guān)于介質(zhì)輸運、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