文 献 综 述

1.1课题的概况

因管道破裂、储罐破损、法兰盘或安全阀失效等发生可燃物质连续泄露并被点燃形成喷射火，不仅发生率高，而且具有较大的破坏性。据统计，每两起由于喷射火引发的火灾事故中就有一起由于喷射火产生的较强的热辐射从而引发多米诺效应，发生次生灾害。因此，对喷射火的特性进行研究，预测喷射火的危害范围，进而预防因喷射火引发的多米诺效应事故已成为国内外研究人员备受关注的热点。

目前，计算热辐射主要有两种方法：点源模型(PointSource Model)和固体火焰模型(Solid Flame Model)。固体火焰模型从火焰形状的角度出发，计算热辐射强度，符合喷射火长度较长的特点。点源模型是热辐射集中在点上计算的，模拟计算喷射火时过于简化火焰形状，把整个火焰简化为火焰中心线上若干个点，这两个模型在计算喷射火应用广泛，但有着各自的优缺点。因此，需要选用合适的模型来模拟喷射火。

CFD（Computational Fluid Dynamics）即计算流体动力学是目前国际，是目前国际上强有力的研究领域，是进行”三传（传热、传质、动量传递）及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于热能动力、航空航天、土木水力、环境化工等诸多领域。

1.2课题的国内外研究现状分析

近几十年来，国内外研究人员主要从火焰形态特征、火焰温度分布和热辐射等3个方面对喷射火特性进行了大量的实验研究，并提出一些重要的理论模型，其中较为经典的理论模型分别有 Delichatsios 提出的基于弗劳德数的火焰高度预测模型、McCaffrey提出的火焰温度分布的羽流三段模型和Chamberlain提出的平截头圆锥体火焰热辐射预测模型。虽然这些经典理论模型在一定程度上能较为准确地预测喷射火的危害范围，但是它们都有各自的应用局限性，特别是对事故状态下的大尺寸声速喷射火的适用性还有待研究。大尺寸声速喷射火实验耗费非常高且实施难度大，国内外相关实验研究进行的也比较少。但是随着CFD（Computational Fluid Dynamics）技术的发展，一些用来模拟气体燃烧的CFD商 业软件应运而生 如CFX、Fluent、FLACS等，从而为研究大尺寸喷射火的燃烧特性开辟了一条重要途径。

Fluent 是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为 60 %，只要涉及流体 、热传递及化学反应等工程问题，都可以用 Fluent 进行解算。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。Fluent 是用于计算流体流动和传热学问题的程序。它提供的非结构网格生成程序，对相对复杂的几何结构网格生成非常有效。可以生成的网格包括二维的三角形和四边形网格；三维的四面体、六面体及混合网格。Fluent 还可根据计算结果调整网格，这种网格自适应能力对于精确求解有较大梯度的流场很实用。由于网格自适应和调整只是在需要加密的流动区域里实施，而非整个流场，因此可以节约计算时间。

国内一些研究学者是通过整理美国标准局发布的大尺寸喷射火实验报告得到大尺寸喷射火的有效实验数据，包括喷射火内部的温度分布数据和火焰周围的热辐射分布数据，并采用经验公式推得火焰尺寸。再根据实验报告中各实验工况，利用FLUENT软件对大尺寸喷射火进行全尺寸数值模拟，通过对比模拟结果和实验结果以及经验公 式计算结果，验证FLUENT软件模拟大尺寸喷射火特性的实用性。该研究成果可为建立大尺寸喷射火的CFD数值模拟体系提供理论依据，从而为由于喷射火产生的事故后果预防、事故后果评价提供指导。

还有些学者根据喷射能量守恒关系推导出喷射流扩展口半径计算式，该表达式体现扩展半径与泄漏口半径、喷射物密度之间的关系。采用HSE(Health and Safety Executive)的 MHAU(Major Hazards Assessment Unit)程序中的通用喷射火模型程序SHELF2案例验证推导的扩展半径计算式代入API喷射火模型模拟计算喷射火的准确性，验证这种模拟方法能较准确地模拟喷射火，再次验证模拟计算结果符合 L.T.Cowley 总结CEC(Commission of European Communities)实验数据得出的结论。