《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》 教案 8-23燃?xì)馐鹿屎蠊摂M實(shí)驗(yàn)

燃?xì)馐鹿屎蠊摂M實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜細(xì)廨斉湎到y(tǒng)中有大量的天然氣，其各部分的管路和容器很有可能發(fā)生天然氣泄漏，一旦天然氣泄漏會(huì)引起噴射火、閃火、池火、蒸汽云爆炸等事故，必將產(chǎn)生人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失等嚴(yán)重的事故后果。在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)階段對(duì)其可能產(chǎn)生的各種事故工況進(jìn)行相關(guān)模擬分析，確定各種事故的影響區(qū)域范圍以及影響的程度，可為燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的科學(xué)合理設(shè)計(jì)與安全運(yùn)營(yíng)提供基礎(chǔ)資料，最大程度地避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。2.實(shí)驗(yàn)原理本虛擬實(shí)驗(yàn)在軟件中導(dǎo)入給定的地圖作為背景，然后選擇需要的模型，逐步輸入給定的相關(guān)參數(shù)，便可仿真泄漏、擴(kuò)散、火災(zāi)、爆炸4種模型的案例，得到相應(yīng)的圖、表及數(shù)據(jù)結(jié)果，計(jì)算泄漏率或蒸發(fā)率、人員和建筑物的損壞、后果影響等。軟件提供的4種模型中，泄漏模型包含氣體泄漏、液化氣泄漏和液體泄漏，擴(kuò)散模型包含氣體湍流自由射流、中性氣體和重氣擴(kuò)散及火羽上升，火災(zāi)模型包含BLEVE火球、噴射火、池火、立即點(diǎn)火和可燃及有毒燃燒產(chǎn)物，爆炸模型包含TNT爆炸、多能量爆炸、BLEVE爆炸和容器斷裂。3.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及裝置Effects軟件是后果模擬的工具，用于預(yù)測(cè)意外泄漏具有易燃易爆特性或有毒性的有害物質(zhì)的結(jié)果。軟件可用于結(jié)果分析，軟件內(nèi)設(shè)置有泄漏、擴(kuò)散、火災(zāi)、爆炸、損害模型以及組合模型，適用于分析不同的情況（瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)）、不同的相態(tài)，不同的化學(xué)危害和不同的現(xiàn)象。結(jié)果以地圖上的不同顏色色塊、圖表和數(shù)值表的形式展示出來(lái)，可用于評(píng)估等級(jí)、確定比例和測(cè)算距離，在過(guò)程安全分析、驗(yàn)證法規(guī)要求和應(yīng)急響應(yīng)等領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價(jià)值。4.實(shí)驗(yàn)步驟與方法1）圖形用戶界面Effects圖形用戶界面如圖1所示。圖1用戶界面2）PresentationSettings（演示設(shè)置）首先定義投影（坐標(biāo)）系統(tǒng)，如圖2所示，然后選擇要顯示的典型等值線圖等級(jí)（熱輻射、超壓、濃度和致死率），最后選擇用于圖表和“影響區(qū)域”網(wǎng)格分布的顏色。圖2定義投影（坐標(biāo)）系統(tǒng)3）導(dǎo)入背景地圖Effects支持儲(chǔ)存在項(xiàng)目文件中的多個(gè)背景在電腦間輕松交換項(xiàng)目，背景可以是文件(圖片/AutoCAD圖紙)，或直接從互聯(lián)網(wǎng)上獲取，背景可以處于絕對(duì)位置，以便將結(jié)果整合到GIS系統(tǒng)或GoogleEarth中，如圖3所示。如果不需要導(dǎo)出結(jié)果，仍可以使用(0，0)周圍的相對(duì)位置。導(dǎo)入地圖步驟：①添加背景地圖(鼠標(biāo)右擊并瀏覽地圖)；②選擇默認(rèn)坐標(biāo)系；③選擇<按長(zhǎng)度的地理參考>；④使用OSMtile服務(wù)器檢查地理參考地圖。圖3導(dǎo)入背景地圖

4）不同模型的具體案例（1）泄漏模型添加靜態(tài)設(shè)備，右鍵Stationaryequipment，選擇Addequipment，如圖4所示。圖4添加靜態(tài)設(shè)備選擇泄漏模型，右鍵Equipment，選擇氣體從容器中釋放模型，如圖5所示。圖5選擇泄漏模型

輸入?yún)?shù)，如圖6所示。圖6輸入?yún)?shù)

計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)擊Calculate，計(jì)算模型結(jié)果，如圖7、表1所示。圖7計(jì)算結(jié)果示意圖表1計(jì)算結(jié)果列表Results

Initialmassinvessel(kg)20846Massflowrateattimet(kg/s)

Timeneededtoemptyvessel(s)2027Totalmassreleased(kg)18258Pressureinvesselattimet(kPa)

Pressureatpipeexitattimet(kPa)

Temperatureatpipeexitattimet(°C)

Densitygasatpipeexitattimet(kg/m3)

Maximummassflowrate(kg/s)52.533Representativereleaserate(kg/s)46.894Representativeoutflowduration(s)389.35Representativetemperature(°C)11.679Correspondingpressure(kPa)17695Representativedensity(kg/m3)187.57

（2）擴(kuò)散模型添加靜態(tài)設(shè)備，右鍵Stationaryequipment，選擇Addequipment，如圖8所示。圖8添加靜態(tài)設(shè)備選擇擴(kuò)散模型，右鍵Equipment，選擇中性浮力氣體擴(kuò)散模型，如圖9所示。圖9選擇擴(kuò)散模型

輸入?yún)?shù)，如圖10所示。圖10輸入?yún)?shù)

計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)擊Calculate，計(jì)算模型結(jié)果，如圖11、圖12、表2所示。圖11計(jì)算結(jié)果示意圖1圖12計(jì)算結(jié)果示意圖2表2計(jì)算結(jié)果列表Results

Thresholdconcentrationused(vol%)1.25Concentrationat(Xd,Yd,Zd,t)(vol%)104.29MaximumconcentrationatZd(vol%)104.29atdistance(m)53.9Mixingheightused(m)1500Stand.dev.ofturbulentvelocityinvert.directionused(m/s)0.14023Stand.dev.ofturbulentvelocityinhoriz.directionused(m/s)0.48148InverseMonin-Obukhovlength(1/L)used(1/m)-0.18238（3）火災(zāi)模型添加靜態(tài)設(shè)備,右鍵Stationaryequipment，選擇Addequipment，如圖13所示。圖13添加火災(zāi)模型靜態(tài)設(shè)備選擇火災(zāi)模型，右鍵Equipment，選擇BELEVE火球模型，如圖14所示。圖14選擇火災(zāi)模型輸入?yún)?shù)，如圖15所示。圖15輸入?yún)?shù)

計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)擊Calculate，計(jì)算模型結(jié)果，如圖16、圖17、表3所示。圖16計(jì)算結(jié)果示意圖1圖17計(jì)算結(jié)果示意圖2

表3計(jì)算結(jié)果列表Results

Initialmassinvessel(kg)10362Liquidtemperatureatburstpressure(°C)68.147Adiabaticvapourflashfraction(-)0.7598TotalmassinvolvedinBLEVE(kg)10362DurationoftheFireBall(s)9.0804MaxDiameteroftheFireBall(m)126.45MaxHeightoftheFireBall(m)189.67Surfaceemissivepower(max)(kW/m2)400(Max)heatradiationlevelatXd(kW/m2)3.7583(Max)ViewfactoratXd(-)0.015746AtmospherictransmissivityatXd(%)60.059HeatradiationdoseatXd(s*(kW/m2)^4/3)24.02PercentagefirstdegreeBurns(%)0PercentageseconddegreeBurns(%)0PercentagelethalBurns(%)0Distancetoclothingburningdose(m)93.884（4）爆炸模型添加靜態(tài)設(shè)備，右鍵Stationaryequipment，選擇Addequipment，如圖18所示。圖18添加爆炸模型靜態(tài)設(shè)備

選擇爆炸計(jì)算模型，右鍵Equipment，選擇TNT爆炸計(jì)算模型，如圖19所示。圖19選擇爆炸計(jì)算模型輸入?yún)?shù)，如圖20所示。圖20輸入?yún)?shù)

計(jì)算結(jié)果，如圖21、圖22、表4所示。圖21計(jì)算結(jié)果示意圖1圖22計(jì)算結(jié)果示意圖2

表4計(jì)算結(jié)果列表Results

PeakoverpressureatXd(mbar)32.865PressureimpulseatXd(Pa*s)63.385PositivephasedurationatXd(ms)

EquivalentTNTmass(kg)250Maximumpeakoverpressure(bar)6.6712Confinedmassinexplosiverange(kg)250Dist.centermassofconfinedexpl.cloudtostudypoint(m)200Damage(generaldescription)atXdNodamageorveryminordamageDamagetobrickhousesatXdHabitableafterrelativelyeasyrepairs.Minorstructuraldamage(3kPa).DamagetotypicalAmerican-stylehousesatXdNodamageorveryminordamageDamagetostructures(empirical)atXdNodamageorveryminordamageDamagetowindows(housesbefore1975)atXd(%)57.803Damagetowindows(housesafter1975)atXd(%)13.717

5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄1）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛥?shù)條件（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿眻D序和圖稱？缺圖序和圖稱？（2）參數(shù)條件假設(shè)管道粗糙度0.045mm，泄漏孔為圓形孔，膨脹類