臨街餐廳摻氫天然氣泄漏爆炸模擬研究

1 概述

氫氣燃燒速度快、燃燒界限寬、質(zhì)量熱值高，天然氣中摻入氫氣可以改變天然氣的燃燒特性。天然氣摻氫是降低碳排放和實現(xiàn)大規(guī)模氫能運輸?shù)闹匾侄?，但高成本、高安全隱患以及大眾對氫認知度不夠等是制約其發(fā)展的重要因素。

在理論和數(shù)值模擬研究領域，由于受限空間氣體爆炸過程顯示出了極強的復雜性和極大的破壞性，各項研究已對受限空間可燃氣體爆源性質(zhì)、爆炸過程、傳播規(guī)律、影響因素等方面進行了深入廣泛細致的研究。Sun等人

在鋼制燃燒室中進行甲烷-空氣混合物的爆炸試驗，研究了初始壓力、濃度、初始湍流對火焰發(fā)展的影響。Pedersen等人

采用CFD方法對兩室封閉空間內(nèi)天然氣爆炸進行模擬研究，結(jié)果表明壓力曲線有兩個爆炸壓力峰值。第1個爆炸壓力峰值與防爆通風板泄壓有關，第2個爆炸壓力峰值隨排氣口結(jié)構(gòu)、填充程度變化。Li等人

提出了一種用FLACS模擬封閉空間內(nèi)湍流火焰的CFD模擬方法，并用FLUENT軟件計算了低湍流爆炸波在自由空氣中的傳播，將其應用于預測由外部爆炸引起的爆炸室內(nèi)的爆炸壓力峰值，計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。Baalisampang等人

建立分析模型，評估火災、爆炸產(chǎn)生的壓力和熱輻射對人體形成的危害后果。李紅培

利用爆炸仿真軟件建立了開放式廚房爆炸模型，并進行爆炸模擬，分析燃氣濃度、泄壓板尺寸、泄壓壓力等對爆炸壓力的影響。盧捷等人

通過對有無障礙物的管道進行氣體爆炸試驗分析研究，得到由于障礙物的原因管道內(nèi)燃氣爆炸壓力峰值增加20%。鄭立剛等人

為研究不同點火位置下氫氣/甲烷/空氣預混氣體的爆燃特性，改變點火位置和氫氣添加比例，在實驗平臺上開展爆燃實驗以及開展了氫氣-空氣預混氣在透明方管內(nèi)的爆燃實驗研究，分析在一端開口一端封閉的狹長空間內(nèi)，濃度和點火位置對氫氣-空氣預混氣爆燃特性的影響。

人生如長河漫漫，會流過平原，亦會途經(jīng)險道；流過春光，也會流經(jīng)寒霜。畢淑敏曾在演講中說：“人生沒有意義，但你要為之確立一個意義?！鄙鵀槲遥^大千世界，賞蕓蕓萬物，在不斷詢問、不斷上路中叩問自己生命之意義。

2019年我國共發(fā)生燃氣事故722起，其中發(fā)生在餐廳等商戶的事故逾100起

。臨街餐廳通常將就餐區(qū)域布置在臨街一側(cè)，而廚房位于內(nèi)側(cè)，出于地形或者建筑功能布局的考慮，許多臨街餐飲店只在臨街側(cè)設置餐廳門，其廚房屬于沒有直接對外門窗的內(nèi)廚房，此類型空間自然通風不暢。

研究摻氫對臨街餐廳內(nèi)天然氣泄漏爆炸的影響，對天然氣摻氫系統(tǒng)運行的安全管理有積極意義，現(xiàn)有文獻尚未發(fā)現(xiàn)此方面的研究，因此本文嘗試采用數(shù)值模擬方法對餐廳空間摻氫天然氣泄漏爆炸進行定量研究。

2 研究方法

① 研究對象

臨街餐廳由就餐區(qū)和廚房組成。餐廳總長度

為9 m(其中就餐區(qū)長

為4.94 m,廚房長

為3.94 m,隔墻厚度

為0.12 m),寬度為4 m，高3 m。餐廳模型(軟件截圖)見圖1。點火源為點源。

④參見 Ellwein/Hesse，Der ueberforderte Staat，1997，S．7，S．67．

③ 模型的建立

餐廳門為關閉狀態(tài)，點火位置為靠近餐廳門側(cè)(門里)，計算域達到爆炸壓力峰值時，不同摻氫比例工況

=0.75 m截面爆炸壓力分布(軟件截圖)見圖4，計算時段計算域不同摻氫比例工況最高溫度見表1。

研究餐廳門啟閉狀態(tài)對可燃氣體爆炸特性的影響時，4種摻氫比例、中部點火條件下，分析餐廳門開啟和關閉時餐廳門外4 m處監(jiān)測點爆炸壓力的變化。

② 模擬軟件

采用FLACS軟件進行爆炸模擬研究，該軟件由挪威Gex Con ( CMR/CMI) 公司開發(fā)，可以通過建立精確的燃燒、爆炸物理模型，研究爆炸壓力、溫度等多個參數(shù)在整個爆炸過程中的變化情況。該軟件基于有限體積法在三維笛卡爾網(wǎng)格下求解可壓縮N-S方程。使用標準的湍流模型，并利用SIMPLE算法，通過建立描述流體特性的質(zhì)量、動量、能量及組分守恒方程，配合邊界條件求解，可計算得出爆炸壓力、火焰?zhèn)鞑ニ俣取囟?、反應物濃度等多個爆炸參數(shù)。

第一階段始于明萬歷年間。隨著耶穌會傳教士的到來，中國的學術(shù)思想有所觸動。此時，歐洲文藝復興運動推動了西方近代科學的興起。來華的歐洲傳教士在傳播天主教教義的同時，大量傳入歐洲的科學技術(shù)，其中包括近代天文學、數(shù)學、物理、醫(yī)學、地理、水利等。亞里士多德、畢達哥拉斯、斯多葛、西塞羅等古希臘、羅馬著名哲學家的著作也相繼被傳教士們譯成中文。這是西學東漸的開始。梁啟超在《中國近三百年學術(shù)史》中說：“明朝以八股取士，一般士大夫，除了皇帝欽定的《性理大全》外，幾乎一書不讀，學界本身，本來就像貧血癥的人，衰弱得可憐。直到明萬歷未年，利瑪竇等西洋人來到中國后，學術(shù)界的風氣，才有了變換。”[22]

研究摻氫比例對可燃氣體爆炸特性的影響時，假定摻氫天然氣在餐廳內(nèi)均勻分布，4種摻氫比例(在氫氣和甲烷的混合氣中氫氣體積分數(shù)分別為0%、10%、20%、30%)、餐廳門關閉條件下，分析靠近餐廳門點火時爆炸壓力峰值和最高溫度的變化、中部點火時餐廳門外4 m處監(jiān)測點爆炸壓力的變化、3種點火位置(靠近封閉側(cè)點火、中部點火、靠近餐廳門點火)達到爆炸壓力峰值時間的變化。

本文以國內(nèi)某大中型海島作為案例，根據(jù)島內(nèi)電力需求預測、環(huán)境資源條件和供電方案技術(shù)可行性，對發(fā)展本地氣電和與內(nèi)陸聯(lián)網(wǎng)的兩種供電方案進行比較分析。

為了解爆炸對餐廳外部空間的影響程度，在餐廳物理模型(見圖1)的基礎上擴大餐廳外部空間模擬區(qū)域，該區(qū)域長×寬×高為49 m×24 m×7 m。爆炸模擬物理模型(軟件截圖)見圖2。餐廳門所處的平面為零界面(圖中黑色部分)，坐標原點位置見圖1b，餐廳地面為

=0平面，

正方向為豎直向上。臨街方向稱為前，遠離街道方向稱為后，廚房后墻稱為封閉側(cè)。

④ 網(wǎng)格劃分與參數(shù)設置

根據(jù)所建模型的尺寸設置計算域，爆炸模擬的計算域不僅包括餐廳內(nèi)部，還對餐廳外部壓力波可能到達的范圍進行網(wǎng)格劃分，保證計算域完整地覆蓋餐廳系統(tǒng)模型。在整個計算域內(nèi)設置均勻網(wǎng)格，設置3個方向上的網(wǎng)格尺寸為0.1 m。在餐廳內(nèi)部以及餐廳門外等關鍵部位設置監(jiān)測點，監(jiān)測爆炸反應過程爆炸壓力、爆炸壓力上升速率、溫度和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊淖兓?，監(jiān)測點分布見圖3。

將燃氣區(qū)域空間設置為整個餐廳。點火位置均設在餐廳內(nèi)部，分為靠近封閉側(cè)、中部及靠近餐廳門。具體參數(shù)設置情況如下。

學習借鑒長江下游地區(qū)，特別是長三角發(fā)達地區(qū)對內(nèi)對外開放的有益經(jīng)驗，在更大范圍、更高水平上推進云南對內(nèi)對外開放和經(jīng)濟合作，把云南打造成為沿邊沿江開放型經(jīng)濟示范區(qū)。同時，依托云南在長江經(jīng)濟帶的生態(tài)地位，大力發(fā)展生物醫(yī)藥和大健康產(chǎn)業(yè)，根據(jù)云南豐富多彩的民族文化旅游資源，大力發(fā)展旅游文化產(chǎn)業(yè)，把云南建設成為全國生態(tài)文明建設排頭兵、民族文化旅游和生態(tài)旅游重要目的地。

a.監(jiān)測點布置

采用中心布置并且考慮對人的損傷情況，選擇

=1.2 m的截面，餐廳內(nèi)部每隔2 m布置監(jiān)測點，餐廳外部每隔4 m布置監(jiān)測點。監(jiān)測點坐標為：MP11(2，-40，1.2)，MP7(2，-36，1.2)、MP5(2，-32，1.2)、MP4(2，-28，1.2)、MP2(2，-24，1.2)、MP15(2，-20，1.2)、MP13(2，-16，1.2)、MP14(2，-12，1.2)、MP12(2，-8，1.2)、MP1(2，-4，1.2)、MP3(2，0，1.2)、MP6(2，2，1.2)、MP8(2，4，1.2)、MP9(2，6，1.2)、MP10(2，8，1.2)。

新時期,我國在積極展開小學數(shù)學教學的過程中,應注重對學生綜合素質(zhì)的全面培養(yǎng)。這就要求小學數(shù)學教師結(jié)合小學數(shù)學學習特點有針對性地采取教學策略,從根本上提升教學質(zhì)量。

初始大氣壓力為101 325 Pa，初始溫度為20 ℃。

c.設置模型邊界條件

爆炸所有參數(shù)選擇歐拉“EULER”邊界條件——將無黏流動方程(Euler方程)離散為邊界元。這意味著在流出情況下動量方程和連續(xù)方程在邊界上得到了求解。環(huán)境壓力用作邊界外的壓力。

（5）共享共用支撐：系統(tǒng)的建立，為建立大型設備監(jiān)測及共享使用機制提供了有力的數(shù)據(jù)支撐，可為相鄰相同行業(yè)單位開展相同業(yè)務提供了硬件支持，提高使用效率，減少資金投入。

摻氫燃氣管道以及送排風管道均牽引至廚房,送排風管道均長6.56 m,寬0.35 m,高0.25 m,灶臺高度為0.8 m。上方安有吸油煙機，高度0.4 m。餐廳門中心點坐標為(2，0，1)，高2 m，寬2 m。窗口位于門的正上方，上邊緣與餐廳頂平齊，常開狀態(tài)，寬1 m，高0.3 m。廚房另一邊為儲物柜(高2 m)、材料桌(高0.8 m)、清潔臺(高0.8 m)，其他具體尺寸見圖1b。

d.氣體組成設置

選擇CH

、H

，并按摻氫比例分別為0%、10%、20%、30%的體積分數(shù)比設置摻氫天然氣。

f.泄壓板

e.點火條件設置

當摻氫天然氣泄漏，達到爆炸下限時，點火。點火源坐標為靠近封閉側(cè)(2，8.8，1)、中部(2，4.4，1)、靠近餐廳門(2，0，1)。延遲時間：0 ms。

強健學生的體魄、提高學生的身體素質(zhì)，是學校體育的本質(zhì)功能，經(jīng)常參加體育鍛煉可以改變學生不良的生活習慣，促進學生軀體健康。

積極情緒體驗的積累是高尚情操形成的基礎。衡量故事教學成功的一個表征是能否有效激發(fā)情感。根據(jù)認知心理學的研究，在故事講述中大量運用表象、挖掘情感潛力，可以達到事半功倍的效果。

餐廳門關閉工況，將餐廳門設置成POPOUT泄壓板，開啟壓力為10 kPa，超過該壓力，則餐廳門視為完全破壞、對爆炸無阻礙。

3 結(jié)果與討論

3.1 摻氫比例對爆炸特性的影響

① 爆炸壓力峰值、最高溫度

研究點火位置對可燃氣體爆炸特性的影響時，摻氫比例為20%、餐廳門開啟條件下，分析3種點火位置部分監(jiān)測點爆炸壓力的變化。

b.初始條件設置

由圖4可知，隨著摻氫比例增加，發(fā)生點火爆炸后，爆炸壓力峰值隨之增大，爆炸壓力峰值時間縮短。在整個模擬中，靠近餐廳門點火時，首先引發(fā)室內(nèi)氣體爆炸，室內(nèi)壓力驟增，導致餐廳門開啟，壓力波向室外傳播，部分工況室內(nèi)甚至會出現(xiàn)負壓，在圖4所示時刻計算域的爆炸壓力峰值均出現(xiàn)在向室外傳播的過程中。由表1可知，餐廳內(nèi)發(fā)生點火爆炸后，最高溫度隨摻氫比例增加而增加，說明摻氫比例增加會增大爆炸的危害程度。

② 監(jiān)測點1爆炸壓力變化

餐廳門為關閉狀態(tài)，中部點火時不同摻氫比例監(jiān)測點1爆炸壓力變化見圖5。從監(jiān)測點1爆炸壓力峰值的角度看，摻氫比例增加，爆炸壓力峰值不斷增大，爆炸強度越大；從監(jiān)測點1達到爆炸壓力峰值時間看，摻氫比例增加，達到爆炸壓力峰值時間不斷縮短，即爆炸壓力上升速度提高。綜上所述，摻氫對天然氣爆炸起到加速作用，摻氫比例越大，爆炸強度越大，爆炸壓力上升速度越快。

③ 達到爆炸壓力峰值時間

餐廳門為關閉狀態(tài)，3種點火位置不同摻氫比例下達到爆炸壓力峰值時間見圖6?？梢钥闯?，隨著摻氫比例增加，3種點火位置時達到爆炸壓力峰值時間均明顯縮短，說明氫氣的摻入會加速天然氣爆炸，爆炸壓力上升速度提高，從而增加爆炸危險性?？拷忾]側(cè)點火時達到爆炸壓力峰值時間最長。

3.2 點火位置對爆炸特性的影響

設定餐廳門為開啟狀態(tài)，為了降低后續(xù)實際實驗的危險性，選擇摻氫比例為20%的摻氫天然氣，對點火位置分別為靠近封閉側(cè)、中部和靠近餐廳門進行模擬。點火位置對部分監(jiān)測點爆炸壓力的影響見圖7?？梢钥闯?，點火位置不同，相同監(jiān)測點爆炸壓力差別較大。

3.3 門的啟閉狀態(tài)對爆炸特性的影響

點火位置為中部點火，控制餐廳門啟閉狀態(tài)，門為泄壓板。不同摻氫比例下餐廳門的啟閉狀態(tài)對監(jiān)測點1爆炸壓力的影響見圖8。

由圖8可以看出，餐廳門關閉狀態(tài)下監(jiān)測點1爆炸壓力峰值明顯高于開啟狀態(tài)。餐廳門開啟時靠近餐廳門側(cè)沒有壓力集聚的條件，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^關閉狀態(tài)快。當餐廳門開啟時，由于沒有門的約束，使高溫預熱區(qū)氣體得以迅速向室外擴散，同時預熱區(qū)迅速擴張，也使火焰?zhèn)鞑ニ俣容^關閉狀態(tài)更快。在不同摻氫比例下，餐廳門關閉狀態(tài)的爆炸壓力峰值均高于開啟狀態(tài)。

4 結(jié)論

① 4種摻氫比例(在氫氣和甲烷的混合氣中氫氣體積分數(shù)分別為0%、10%、20%、30%)、餐廳門關閉條件下：靠近餐廳門點火時，隨著摻氫比例增加，爆炸壓力峰值增大，達到爆炸壓力峰值時間縮短，最高溫度增加；中部點火時，摻氫對天然氣爆炸起到加速作用，摻氫比例越大，爆炸強度越大，爆炸壓力上升速度越快；3種點火位置(靠近封閉側(cè)點火、中部點火、靠近餐廳門點火)下，靠近封閉側(cè)點火達到爆炸壓力峰值時間最長。

3.3 人文關懷改善教學滿意度 良好的教學環(huán)境、教學技巧的合理運用、教師良好的綜合素質(zhì)都有助于護生們的臨床知識的學習和經(jīng)驗的積累。護士長及帶教老師們的關心和愛護、良好教學氛圍的建立，引導護生們開拓思路、團結(jié)協(xié)作，更好地護理患者，也使護生的綜合素質(zhì)得以全面良好的發(fā)展和提高。

1.1一般資料選取了2015年1月至2016年1月我院的375例異常血液樣本作為對照組,同期選取了正常血液樣本350例作為觀察組,對這些樣本進行了血涂片檢驗,觀察組共有192例男性和183例女性,患者年齡19歲到79歲,平均(44±12.97)歲。對照組有181例男性和169例女性,年齡20至81歲,平均(45±13.01)歲。兩組一般性資料對比不存在統(tǒng)計學差異性,能夠進行對比分析。

② 摻氫比例為20%、餐廳門開啟條件下：點火位置不同，相同監(jiān)測點爆炸壓力差別較大。

③ 4種摻氫比例、中部點火條件下：餐廳門關閉狀態(tài)餐廳門外4 m處監(jiān)測點爆炸壓力峰值明顯高于餐廳門開啟狀態(tài)。

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