沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(BLEVE)冲击机理及数值模拟

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随着液化石油气、液化天然气等燃气产品的需求与日俱增,化工园区和道路运输中的液化气体储罐也随之增多。当液化气体储罐意外破裂导致液化气体外泄时,极易引发沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(BLEVE),产生的冲击波超压会导致周围设备破坏和人员伤亡。目前,对BLEVE冲击超压的研究主要集中在爆炸冲击超压数值模拟方面,对其爆炸冲击的作用机理尚不清晰。本文基于TNT等效法,将BLEVE的爆炸能量等效为TNT的当量质量,采用数值模拟手段,对BLEVE冲击超压的变化规律进行数值模拟分析,以探究BLEVE冲击机理及其影响因素。主要研究工作及研究结论如下:1、基于TNT等效理论公式,分析文献中容器发生BLEVE时等效的TNT当量质量,采用ANSYS/LS-DYNA软件对其产生的爆炸冲击波进行数值模拟计算。与相关文献的BLEVE实验数据比较,结果表明:液化气体储存容器发生BLEVE时,其近场冲击波超压的能量大部分来源于蒸汽膨胀能,而远场冲击波超压的能量则来源于液体和蒸汽的能量。2、基于Prugh法与激波管理论,构建一维BLEVE近场冲击超压预测模型,通过与实验过程中丙烷填充度为70%和18%的两个容器发生BLEVE时的冲击超压数据进行比较,结果表明:一维BLEVE近场冲击超压预测模型在丙烷填充度为18%的容器发生BLEVE时近场冲击超压预测误差为4.3%和13%,同条件下TNT等效法预测误差为30%和33%;在填充度为70%时,BLEVE近场冲击超压预测误差为12%和21%,同条件下TNT等效法预测误差为15%和25%,比常用的TNT等效法在近场处的预测更准确。同时,构建的一维BLEVE近场冲击超压预测模型更加简洁,便于工程应用。3、对影响BLEVE近场冲击超压的相关主要因素如速度和蒸汽密度进行了模拟分析,结果表明:喷射速度越快(270m/s-340m/s),产生的冲击压力越高。蒸汽密度越低,BLEVE近场冲击超压越强。
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