油库池火灾模型的数值模拟
油池火羽流特性的数值模拟
油池火羽流特性的数值模拟摘要：本文利用火灾动力学模拟软件(FDS)软件对油池火灾中火羽流特性进行了模拟分析。
并采用Heskestad提出的计算方法，对火羽流的虚点源、火焰高度、火羽流中心线上的平均温度以及平均速度等进行了计算。
并与基于实验的McCaffrey模型进行对比分析了火羽流中心线上的平均温度，并将数值模拟结果和理论预测值进行比较。
从中可以发现，模拟的结果在趋势上和理论计算是相一致的，但是也呈现了一定的差别。
关键词：油池火灾羽流中心线温度数值模拟0 引言火羽流是火灾的初始基本形态,在竖直方向上,火羽流可分为3个较为明显的区域,即连续火焰区、间歇火焰区和浮力羽流区。
羽流中心线温度和羽流中心线速度是火羽流的重要特征参数,因而一直是人们关注和研究的热点。
目前，许多学者对此做了大量的实验研究[1-8]，其中McCaffrey[2]通过实验将羽流中心线上的平均温度随高度的变化和平均速度随高度的变化分为了三个区域，即稳定火焰区、间歇火焰区和浮力羽流去。
并且随着随着经济的发展，现有的消防规范无法适应现代的各种特殊建筑，性能化建筑防火分析与设计应运而生，（Fire Dynamics Simulator）作为建筑火灾发展过程计算模拟的主要工具，也得到了越来越广泛的应用。
本文通过采用模拟油池火，并将模拟的结果和McCaffrey模型进行对比分析，主要分析了火焰中心线上的平均温度和平均速度。
2 理论基础2.1 虚点源Heskestad的理论模型中认为虚点源的表达式为式中，D为火源直径或当量直径，m;Q为火源的热释放速率，KW。
2.2 自由扩散火焰的平均火焰高度间歇性函数I(z)的值随着高度的增大而由恒定值I逐渐减少，最终为零。
平均火焰高度指的是间歇性函数I(z)的值降为0.5时所对应的可燃物表面以上的火焰高度。
Heskestad等分析了多种来源的实验数据，给出了如下描述无量纲火焰高度表达式为：对于标准状态下的火焰高度表达式为(3)式中L、D的单位为m；的单位为KW。
柴油库池火灾模拟分析
柴油库池火灾模拟分析1依据(1) 《化工企业定量风险评价导则》（AQ/T3046-2013） (2) 《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）2库区简况估测：油库为长方形，长70m ，宽66m ；内由0.5m 高隔堤分隔成2×2000m 3罐区和6×1000m 3罐区两部分。
3泄露分析 3.1泄漏场景柴油储槽为常压储罐，以2000m 3储槽分析可信泄漏场景，其常见的泄露场景见表3.1-1。
3防火堤，1m 高70m注：完全破裂为1储槽柴油全部泄漏。
3.2泄漏量计算设2000m 3柴油罐发生小孔泄露，泄露点位于距槽底0.4m 处，泄漏时储槽内柴油液位为10m ，则泄漏量计算见式3.2-1和3.2-2。
t A A gC gh p p AC Q L m 0220002ρρρ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=（3.2-1） 式中：Q m ——瞬时泄漏质量流率，单位为Kg/s ； P ——储罐内压力,单位为Pa ，同环境压力； P 0——环境压力,单位为Pa ；（4-1） 式中：S ——液池面积，单位为m 2；ρ——液体的密度，为850kg/m 3； H min ——最小物料层厚度，为0.005m 。
4.2确定火焰高度液池火焰高度的计算见式如下：61.00)]/([42gD m DL f ρ⨯=（4-2）式中：L ——火焰高度，单位为m ；()ρ⨯=min /H W SD ——池直径，单位为m ；m f ——燃烧速率，为0.04933kg/（m 2·s ）； ρ0——空气密度，为1.29kg/m 3； g ——重力加速度，为9.8m/s 2。
4.3液池燃烧总热辐射通量液池燃烧总热辐射通量计算见式4-3：]172[)2(61.02++=fc f m H m rL r Q ηππ（E.35）式中：Q ——总热辐射通量，为kw ；2000m 3射强度见式5-1：24xQt I cπ=（5-1） 式中：I ——热辐射强度，kW/m 2；Q ——总热辐射通量，kW ； c t ——热传导系数，此处取1；x ——目标点到液池中心距离，m 。
野外组合式软体油囊油料火灾发展规律数值模拟
灾事故热辐射的影响范围。
用湍流燃烧模型、热辐射模型以及烟气模型，利用 FLACS 模拟
以上研究大多针对固定场地、金属油罐（池）开展 ，为
直径 0.5 m 的小尺度油池火燃烧和大尺度野外组合式软体油囊油
了找出野外条件下组合式软体油囊油料火灾发展规律 ，
更
料泄漏起火。结果表明：油池火燃烧最大热辐射通量分布并不以
式中 ：χ1 为反应物共存的概率 ；χ 2 为加热程度 ；χ 3 为缺失限
算火灾热辐射量。该模型是解决含参与介质辐射传递问
制反应。
题的一种常用方法。DTM 的主要优点是计算精确、尺度
·
m 可以表示为式（3）。
灵活，
同时还可用于求解共轭传热问题。由于在计算开始
m =m * γ *
·
·
（3）
·*
时，
正确的初始强度是未知的，
编辑
Y
电脑
XF-D
排图文
FYC
校对
１
GMCC
修改时间：2021 年 06 月 02 日 18:00:41
3
2
防灾减灾评估
野外组合式软体油囊油料火灾发展规律数值模拟
王春辉，蒋新生，张
霖，余彬彬，蔡运雄，王子拓，何东海
（陆军勤务学院油料系，重庆 401331）
摘
要：针对油料火灾燃烧特性，
基于油料燃烧实验结论，选
油性能优良的高分子弹性体材料制成的软质储液容器。
野外组合式软体油囊系统由若干个具有收、发、储油功能
的软体油囊组成，
主要用来在野外储存和收发汽油、煤油、
柴油等轻质油料 ，同时也可以给车辆加油和灌桶 ，在应急
抢险、抗震救灾等非战争军事行动及现代军事行动中大量
储油罐火灾事故数值模拟与理论计算的对比
‘ ｇ 哪 ’ （
＋ ∑ Ｖ
（ ｌ ｐ Ｄ１ Ｖ ｒ １ ） 式中：
池火的总热值 ；
夹角 ；
Ｄ一池火 直径 ；
卜 温度 ； 导 热 系数 ， ｗ／ （ ｍ・ Ｋ） 。
三 一 受热 物体 与 火焰 中心 点 的直线 距离 ；
热辐射通量取决于火焰温度、 厚度 、 火焰中辐射
动性 、 带 电性 、 毒性等危险特性【 ｌ １ 。 储油罐火灾具有 粒子浓度 以及火焰和被辐射物质 的几何学关系。 对 由于点源模 燃烧速度快 、 火焰温度高 ， 辐射热强 、 油品易流动扩 于热辐射通量的理论计算公式有很多 ， Ｓ ｈ ｏ ｋ ｉ ． Ｂ ｅ ｙ ｌ ｅ ｒ 模型已长时间为业 内使用［ １ ， 因此 ， 散形成大面积火灾 、 原油和重质油易沸溢 、 爆炸危险 型 、
２ １
表 １热 辐 射 通 量 模 型 计 算 公 式
主要 参数 点源 模 型 Ｓ ｈ ｏ ｋ ｉ — Ｂ ｅ ｙ ｌ ｅ ｒ 模 型
式中 ：
热 辐射 通量
ｇ Ｅ ｃ ｏ ｓ ０
ｑ ＝
２
ｇ ＿ ＿ 重力 加 速度 ；
＿ 『 。 ＿外部施加的力矢量；
黏 性 力张量 ；
由上文可知 ， 两种数学模型计算都较为繁琐 ， 无
—
单位空间内第ｉ 种组分的质量产生的速率 ； 气体状态常数。
法 满 足 事 故 救 援 时快 速计 算 的要 求 ， 因此 本 文 针对 某一 特 定 直 径 储 油 罐 火灾 ， 得 出 热 辐射 通 量 与 储 罐 距 离 的拟 合公 式 。
ｐ 一压力。
热 释放 速率
＝ ｆ ０ ． ２ １ — ０ ． ０ ０ ３ ４ Ｄ ） Ｑ
大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟解析
１０３６０．６１Ｄ（１）式中：Ｈ为火焰高度，ｍ；Ｄ为液池当量直径，ｍ；ｄｍ／ｄｔ为单位表面积燃烧速度，ｋｇ／（ｍ２·ｓ）；ρａ为周围的空气密度，ｋｇ／ｍ３；ｇ为重力加速度，９．８ｍ／ｓ２。
．２火焰表面热辐射假设池火火焰为圆柱体形状，燃烧产生的热量从圆柱体形火焰的侧面和上底面均匀地向外辐射，则池火火焰表面热辐射通量Ｅ如式（２）所示。
Ｅ＝ＤＨｆｃｄｔ（Ｄ＋４Ｈ）（２）式中：Ｅ为火焰表面热辐射通量，Ｗ／ｍ２；Ｈｃ为液体燃烧热，Ｊ／ｋｇ；ｆ为热辐射系数，可取ｆ＝０．１。
．３目标入射热辐射通量有烟情况下，目标入射热辐射通量Ｅｆ见式（３）所示。
Ｅ－Ｄ／Ｌ－／ｆ＝Ｅｍ（ｅξ）＋Ｅξξ（１－ｅＤＬ）（３）式中：Ｅｍ为火焰表面最大热辐射通量，Ｗ／ｍ２；Ｌξ为热辐射功率特征长度；Ｅξ为烟表面热辐射能，取２０ｋＷ／ｍ２。
油罐区概况以１０万ｍ３储油罐区为例。
假设罐区长３３２ｍ，宽２０ｍ，防火堤高２ｍ。
罐区内有６个１０万ｍ３储罐。
罐直径为８０ｍ，高２１．８ｍ，被长、宽均为１１０ｍ的隔堤隔开。
罐区结构及储罐分布如图１所示。
假设气象条件为：风速１．５ｍ／ｓ，考虑最恶劣状况，风向吹向监测位置；大气稳定度为Ｄ级；气温为２０℃；日照辐射为０．５ｋＷ／ｍ２。
假设１号储罐发生泄漏，汽油流入隔堤，并在隔堤内发生燃烧，而并未引燃罐中储油。
液池当量直径Ｄ的算法如式（４）所示。
Ｄ＝（４Ｓ／３．１４）０．５（４）式中：Ｓ为液池表面面积，ｍ２。
计算模拟．１对周边储罐的影响将池火周围的储罐按照距离远近划分为３类，分别命名为：第一邻近储罐，如图１中距离池火最近的２号和号罐；第二邻近储罐，如图１中５号罐；第三邻近储罐，不考虑被其他储罐所遮挡住的罐体，如图１中６号罐。
．１．１第一邻近储罐以２号罐为例，其距池火中心７２ｍ。
假设风吹向２号罐，罐体各部分受到的热辐射值如表１所示。
因为罐ＦｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１２，Ｖｏｌ３１，Ｎｏ．１０１１２２３３４３图１储罐区简图周环形平台上可能有其他构建物，故将高度算至２６ｍ。
大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟
消防理论研究 大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟闫家伟，王 青（天津市消防总队，天津３０００９０） 摘 要：以ＳＡＦＥＴＩ软件为工具，研究了大型储油罐区中一个储罐泄漏引发液池火灾后，相邻储罐及周边的热辐射分布及影响。
研究表明，１０万ｍ３储油罐区中某一隔堤形成池火后，对周边储罐的热辐射值随着罐身位置的升高而升高；在模拟条件下，池火对第一邻近储罐热辐射值为６．７６～１１．４３ｋＷ／ｍ２，对第二邻近储罐的热辐射值为３．５５～４．７０ｋＷ／ｍ２，对第三邻近储罐的热辐射值为１．１９～１．２７ｋＷ／ｍ２。
并根据热辐射伤害阈值对池火伤害进行了分析。
关键词：液池；火灾；ＳＡＦＥＴＩ；罐区；热辐射中图分类号：Ｘ９１３．４，ＴＫ１２１，ＴＵ２４９．６文献标志码：Ａ文章编号：１００９－００２９（２０１２）１０－１０３６－０３为满足可持续发展战略要求，近年来我国石油储备库建设步伐不断加快。
从２００５年到２００９年，我国成品油油库库容从４ ０００万ｍ３增加到５ ３００万ｍ３，到２０１５年，我国成品油库容量预计可达到７ ８００万ｍ３。
储油罐区火灾事故较多。
从２０１０年７月１６日到２０１１年１１月２２日１年多时间内，大连石化公司发生了５次火灾爆炸事故，其中３次与储罐有关；２０１０年１０月１１日，西安市灞桥区一炼油厂储油罐发生燃烧爆炸，导致６人受伤；２０１１年１１月２２日，东营市一收油点罐区发生火灾，１个卧式汽油罐燃烧泄漏后引发２辆油罐槽车、１辆货用半挂车、１辆小轿车、１辆小货车及房屋着火。
池火是储油罐区常见火灾类型之一。
关于池火的研究较多，如史光梅等利用ＦＬＵＥＮＴ软件研究了３ｍ直径的煤油液池发生池火后火焰特征参数；张佳庆等研究了１００＃航空汽油形成２０ｃｍ×２０ｃｍ、４０ｃｍ×４０ｃｍ和６０ｃｍ×６０ｃｍ等３种小规模液池中火灾燃烧特征；孙标等研究了点源模型、ＬＮＧＦｉｒｅ３和ＰｏＦＭＩＳＥ模型在ＬＮＧ液池火灾热辐射中的应用并做了比较；徐伯乐等研究了小规模池火（不超过０．４ｍ×０．４ｍ）在高原和平原地区不同条件下燃烧速率、池火羽流中心温升规律等。
池火灾模型
池火灾模型1)池火灾事故后果计算过程(1)柴油泄漏量3设定一个5000m柴油罐底部DN200进油管管道破裂出现长50cm，宽1 cm的泄漏口，泄漏后10分钟切断泄漏源。
泄漏的液体在防火堤内形成液池，泄漏时工况设定情况见表9-4。
表9-4 油品连续泄漏工况介质温度介质压力介质密度泄口面积泄漏时间泄漏源备注 032( C) (Mpa) (kg/m) (m) (min)按10分钟后切断柴油罐常温常压 870 0.005 10泄漏源计柴油泄漏量用柏努利公式计算:1/2Q = CdAρ [2(P-P0)/ ρ+2gh] W = Q.t式中: Q,泄漏速率(kg/s);W,泄漏量(kg);t,油品泄漏时间(s)，t=600 sC,泄漏系数，长方形裂口取值0.55(按雷诺数Re,100计); d2 2A,泄漏口面积(m);A =0.005m3ρ,泄漏液体密度(kg/ m);P,容器内介质压力(Pa);P,大气压力(Pa); 02g,重力加速度(9.8 m /s);h,泄漏口上液位高度(m)，柴油罐液面安全高度15.9 m。
经计算Q = 42.23 kg/s、W = 25341 kg(10分钟泄漏量) (2)泄漏柴油总热辐射通量Q(w) 柴油泄漏后在防火堤内形成液池，遇点火源燃烧而形成池火。
总热辐射通量Q(w)采用点源模型计算:2 0。
61 Q = (л r+ 2л rh)m ηHc/( 72 m + 1) •f ••f2 式中: m —单位表面积燃烧速度kg/m.s，柴油为 0.0137; fHc—柴油燃烧热，Hc = 43515kJ/kg;h—火焰高度h(m)，按下式计算:1/20.6 h = 84 r{ m /[ρ(2 g r)]} fO3ρ—环境空气密度，ρ=1.293kg/ m; OO2 g—重力加速度，9.8 m /Sη—燃烧效率因子，取0.35;1/2r —液池半径(m)，r =(4S/π)2S—液池面积，S=3442 m;W—泄漏油品量kg3ρ,柴油密度，ρ=870kg/ m;火灾持续时间:T= W/S.m f计算结果: Q(w)=1006347(kw)T=537s=9min)池火灾伤害半径 (3火灾通过辐射热的方式影响周围环境，根据概率伤害模型计算，不同入射热辐射通量造成人员伤害或财产损失的情况表9-5。
大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟解析
１０３６０．６１Ｄ（１）式中：Ｈ为火焰高度，ｍ；Ｄ为液池当量直径，ｍ；ｄｍ／ｄｔ为单位表面积燃烧速度，ｋｇ／（ｍ２·ｓ）；ρａ为周围的空气密度，ｋｇ／ｍ３；ｇ为重力加速度，９．８ｍ／ｓ２。
．２火焰表面热辐射假设池火火焰为圆柱体形状，燃烧产生的热量从圆柱体形火焰的侧面和上底面均匀地向外辐射，则池火火焰表面热辐射通量Ｅ如式（２）所示。
Ｅ＝ＤＨｆｃｄｔ（Ｄ＋４Ｈ）（２）式中：Ｅ为火焰表面热辐射通量，Ｗ／ｍ２；Ｈｃ为液体燃烧热，Ｊ／ｋｇ；ｆ为热辐射系数，可取ｆ＝０．１。
．３目标入射热辐射通量有烟情况下，目标入射热辐射通量Ｅｆ见式（３）所示。
Ｅ－Ｄ／Ｌ－／ｆ＝Ｅｍ（ｅξ）＋Ｅξξ（１－ｅＤＬ）（３）式中：Ｅｍ为火焰表面最大热辐射通量，Ｗ／ｍ２；Ｌξ为热辐射功率特征长度；Ｅξ为烟表面热辐射能，取２０ｋＷ／ｍ２。
油罐区概况以１０万ｍ３储油罐区为例。
假设罐区长３３２ｍ，宽２０ｍ，防火堤高２ｍ。
罐区内有６个１０万ｍ３储罐。
罐直径为８０ｍ，高２１．８ｍ，被长、宽均为１１０ｍ的隔堤隔开。
罐区结构及储罐分布如图１所示。
假设气象条件为：风速１．５ｍ／ｓ，考虑最恶劣状况，风向吹向监测位置；大气稳定度为Ｄ级；气温为２０℃；日照辐射为０．５ｋＷ／ｍ２。
假设１号储罐发生泄漏，汽油流入隔堤，并在隔堤内发生燃烧，而并未引燃罐中储油。
液池当量直径Ｄ的算法如式（４）所示。
Ｄ＝（４Ｓ／３．１４）０．５（４）式中：Ｓ为液池表面面积，ｍ２。
计算模拟．１对周边储罐的影响将池火周围的储罐按照距离远近划分为３类，分别命名为：第一邻近储罐，如图１中距离池火最近的２号和号罐；第二邻近储罐，如图１中５号罐；第三邻近储罐，不考虑被其他储罐所遮挡住的罐体，如图１中６号罐。
．１．１第一邻近储罐以２号罐为例，其距池火中心７２ｍ。
假设风吹向２号罐，罐体各部分受到的热辐射值如表１所示。
因为罐ＦｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１２，Ｖｏｌ３１，Ｎｏ．１０１１２２３３４３图１储罐区简图周环形平台上可能有其他构建物，故将高度算至２６ｍ。
什么叫池火灾事故模拟分析
什么叫池火灾事故模拟分析一、池火灾事故的模拟分析概述1.1 池火灾事故的特点池火灾事故是一种特殊的火灾事故，具有以下几个特点：（1）火灾场景复杂：由于火灾发生在储罐或池中，其火灾场景往往十分复杂，不仅涉及到液体或气体的燃烧过程，还可能伴随着爆炸、泄漏等危险因素。
（2）火灾影响范围广：由于储罐或池内存储的物质往往具有较大的容量，一旦发生火灾，可能造成火势蔓延迅速，影响范围广泛。
（3）应急处置难度大：由于池火灾事故的特殊性，其应急处置难度较大，需要特殊的技术手段和装备来进行灭火和救援。
1.2 模拟分析的意义进行池火灾事故的模拟分析，可以帮助人们深入了解池火灾事故的发生原因、危害特点、防范措施等方面的知识，为预防和应对池火灾事故提供科学依据。
二、池火灾事故的模拟分析方法2.1 数值模拟方法数值模拟是利用计算机对池火灾事故进行模拟分析的一种常用方法，其基本原理是通过建立池火灾的数学模型，利用物理、化学和数学原理对火灾进行仿真计算。
2.2 实验模拟方法实验模拟是利用实验室或模拟场地对池火灾事故进行模拟分析的一种常用方法，其基本原理是通过构建池火灾的实验模型，通过燃烧、爆炸、泄漏等实验操作，模拟火灾事故的发生过程。
2.3 综合模拟方法综合模拟是将数值模拟和实验模拟相结合，进行池火灾事故的模拟分析的一种常用方法，其基本原理是通过数值模拟和实验模拟相互印证，得出对池火灾事故的更加准确和全面的分析结果。
三、池火灾事故的模拟分析步骤3.1 火灾场景建模进行池火灾事故的模拟分析，首先需要对火灾场景进行建模，包括火灾发生的可能位置、涉及到的储罐或池的类型、容量、存储材料和周围环境等综合因素。
3.2 火灾过程仿真在火灾场景建模的基础上，进行池火灾事故的模拟分析，需要对火灾过程进行仿真计算，包括火灾的爆发、蔓延、扩散、影响范围和持续时间等方面的模拟计算。
3.3 危害评估分析通过火灾过程的仿真计算，获得了火灾发生的关键参数，可以进行对火灾危害的评估分析，包括人员伤亡、财产损失、环境污染等方面的评估。
成品油库罐区火灾事故后果的模拟评价
Ｔ ＥＣ ＨＮ０Ｌ ０Ｇ Ｙ
成 品油 库 罐 区火 灾 事 故 后 果 的模 拟 评 价
孙先 长 李徐进
［ １ 中海 油销 售江苏有 限公 司苏州分公 司 江 苏苏州 ２ １ ５ １ ２ １ ； ２ 中海油销 售四川 ｔ 有限公 司 四川成都 ６ １ ０ ０ ５ ６ ］ 摘 要： 基于池火灾 与喷射火 灾模 型 ， 通过计 算机模 拟
扩 展蒸 气爆 炸事 故是 当储 罐在 外部 火焰 的烘 烤 下 突 然破 裂 ， 破 坏 了储罐 内油 品 的压力 平衡 ， 造 成 油
单位 表 面积燃 烧速 度 ， ｋ ｇ ／ （ ｍ ・ ｓ ） 。
（ ３ ） 热辐 射通 量 。
Ｑ＝ （ ３ ）
品急剧 气化 ， 并 随 即被火 焰点 燃 发 生 沸 腾 液 体 扩
害距 离 。
展 蒸气 爆炸 。未 封 闭蒸气 云爆 炸是 指泄 漏 出来 的
式中： Ｑ — — 总热辐 通量 ， ｋ Ｗ； 液 池半径 ， ｍ；
— —
油 品 与空气 形成 的混 合气 体达 到爆 炸极 限并 遇 到
— —
火焰 高度 ， ｍ；
单位 表 面积燃 烧速 度 ， ｋ ｓ ／ （ ｍ ・ ｓ ） ；
点 火 源时所 导致 的蒸 气 云爆 炸 。成 品油 常温 常压 下 呈液 态 ， 车用 汽 油沸 点 范 围在 ３ ５— ２ ０ ５ ￣ Ｃ， 不 能
卵 — —燃 烧效 率 ， 可取 ０ ． １ ３— ０ ． ３ ５ ；
日 —— 燃 烧热 ， ｋ Ｊ ／ ｋ ｇ 。
形 成蒸气 云 ， 发 生 沸 腾液 体 扩 展 蒸 气 爆 炸 和蒸 气
石
油
库
与
加
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％在火焰阴影之内的情况 ｉｆ Ｘ＞Ｄ／２＆Ｘ＜Ｄ／２＋Ｌ＊ｓｉｎ Ｌ＝（Ｘ－ Ｄ／２）／ｓｉｎ； ａ＝２＊Ｌ／Ｄ； ｂ＝２＊Ｘ／Ｄ； …… ％其它中间变量计算参照以上程序 ＦＶ＝ （－ Ｅ＊ａｔａｎ （Ｇ）＋Ｅ＊ （ａ＾２＋ （ｂ＋１）＾２－ ２＊ｂ＊ （１＋ａ＊ｓｉｎ）） ／Ａ／Ｂ＊ａｔａｎ （Ａ＊Ｇ／Ｂ）＋ｃｏｓ／Ｃ＊ （ａｔａｎ （（ａ＊ｂ－ Ｈ＾２＊ｓｉｎ）／（Ｈ＊Ｃ））＋ａｔａｎ （Ｈ＊ｓｉｎ／Ｃ）））／ｐｉ；％计 算 目 标 在 垂 直 方 向 上 的 视 角 系 数 ％在火焰阴影之外的情况 ｅｌｓｅ ｉｆ Ｘ＞Ｄ／２＋Ｌ＊ｓｉｎ
－
］ｔａｎ
１
（
ＡＧ
）
（ ７）
ＡＢ
Ｂ
上 式 中 ， ａ， ｂ， Ａ， Ｂ， Ｃ， Ｅ， Ｇ， Ｈ 等 均 为 中 间 变 量 。
ａ＝２ｌ／Ｄ； ｂ＝２Ｘ／Ｄ（ 此处， 当目标在火焰阴影之外， 即 Ｘ≥
Ｄ／２＋Ｌｓｉｎθ，ｌ＝Ｌ．当目标在火焰阴影之内， 即 时 Ｄ／２＜ Ｘ＜
Ｄ／２＋Ｌｓｉｎθ 时 ， ｌ＝（Ｘ－ Ｄ／２）／ｓｉｎθ） 。
作者简介： 种秀华， 中国地质大学工程学院安全系硕 士， 主要研究方向为安全评价和管理。
Ｓ ＡＦＥＴＹ ＨＥＡＬＴＨ ＆ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ
３７
安全、 健 康和
环境
风险评价
在计算火焰中心线下风向 Ｘ 距离处的视角系数时， θ
取正值； 反之， 若是上风向， θ 取负值。
２
２
πＦＶ ＝－ Ｅｔａｎ－１Ｇ＋Ｅ ［ ａ
ｑ（Ｘ）＝Ｅ（１－ ０．０５８ｌｎＸ）Ｆ
（ ８）
式 中 ： Ｅ — 火 焰 表 面 热 辐 射 能 量 ， Ｗ／ｍ２；
Ｘ —目标与评价对象之间的地面水平距离， ｍ。
２ 程序功能及实现 计 算 程 序 是 基 于 ＭＡＴＬＡＢ 的 Ｇｕｉｄｅ 工 具 箱 编 写 的 ，
主 要 实 现 的 功 能 有 ： 计 算 池 火 直 径 、火 焰 高 度 、火 焰 倾 角 、视 角 系 数 和 目 标 接 受 到 的 热 通 量 等 值 ， 显 示 在 不 同 参数条件下的热通量随距离的变化图， 给定暴露时间计 算 伤 害 半 径 和 接 受 热 通 量 等 。其 中 的 参 数 可 以 直 接 输 入 也 可 通 过 基 本 参 数 计 算 得 出 。设 计 程 序 时 考 虑 了 液 体 沸 点 高 于 和 低 于 环 境 温 度 的 情 况 、上 风 向 和 下 风 向 火 焰 倾 角不同的情况， 视角系数的计算考虑了目标在火焰阴影 之外和之内的情况， 功能较全面， 方便用户在多种条件 下 使 用 。其 中 安 全 评 价 人 员 最 难 克 服 的 是 视 角 系 数 的 计 算， 因此下面附上火焰倾角和视角系数计算的源程序代 码：
表 １ 计算结果
燃烧速度 ／［ｋｇ·（ ｍ２·ｓ）－１］
池直径 ／ｍ
火焰长度 ／ｍ
火焰倾角
火焰表面的热通量值 （／ ｍ２·ｗ－１）
０．０５５
５８．０６
４７．９
３４．４１°
８４ ００７．７６
表 ２ 不同距离处目标的视角系数和接受热通量
目标到火焰垂直 轴的距离 ／ｍ
视角系数
目标接受的热通 量值 ／（ｗ·ｍ－２）
离火焰中心线的距离 ｓｉｎ＝ｓｔｒ２ｄｏｕｂｌｅ （ｇｅｔ （ｈａｎｄｌｅｓ．ｉｎｐｕｔ＿ｓｉｎ，＇Ｓｔｒｉｎｇ＇））；％ 获 得 火
焰倾角正弦值 ｃｏｓ＝ｓｔｒ２ｄｏｕｂｌｅ（ｇｅｔ（ｈａｎｄｌｅｓ．ｉｎｐｕｔ＿ｃｏｓ，＇Ｓｔｒｉｎｇ＇））； ％ 获 得 火
焰倾角余弦值 ａ＝２＊Ｌ／Ｄ； ｂ＝２＊Ｘ／Ｄ； …… ％其它中间变量计算参照以上程序 ＦＨ＝ （ａｔａｎ （１／Ｇ）＋ｓｉｎ／Ｃ＊ （ａｔａｎ （（ａ＊ｂ－ Ｈ＾２＊ｓｉｎ）／Ｈ／Ｃ）＋ａｔａｎ
０．１１７＇）；％算 出 火 焰 倾 角 正 弦 值 ｉｆ ｎ５＝１， ％下 风 方 向 时 的 计 算 ｘ＝ｙ（１）； ｓｉｎ＝ｓｕｂｓ（ｘ）； ｃｏｓ＝（１－ ｓｉｎ＾２）＾０．５； ％计 算 火 焰 倾 角 余 弦 值 ｓｅｔ（ｈａｎｄｌｅｓ．ｉｎｐｕｔ＿ｓｉｎ，＇Ｓｔｒｉｎｇ＇，ｎｕｍ２ｓｔｒ （ｓｉｎ））； ％ 显 示 火 焰 倾
（ ２）
式 中 ： Ｌ — 火 焰 长 度 ， ｍ；
ρｏ — 周 围 空 气 密 度 ， ｋｇ／ｍ３；
ｕｗ—１０ ｍ 高 处 的 风 速 ， ｍ／ｓ； ｕｃ — 特 征 风 速 ， ｍ／ｓ； ｕｃ＝（ｇｍ＇Ｄ／ρｏ ）０．３３３， 如 果 ｕｗ ≤ｕｃ ，
ｕｗ／ ｕｃ＝１； ｍ＇— 单 位 表 面 积 燃 烧 速 度 ， ｋｇ／（ｍ２·ｓ）。
ａ＝２＊Ｌ／Ｄ； ｂ＝２＊Ｘ／Ｄ； …… ％其它中间变量计算参照以上程序 ＦＶ＝ （－ Ｅ＊ａｔａｎ （Ｇ）＋Ｅ＊ （ａ＾２＋ （ｂ＋１）＾２－ ２＊ｂ＊ （１＋ａ＊ｓｉｎ））／Ａ／Ｂ＊ａｔａｎ （Ａ＊Ｇ／Ｂ）＋ｃｏｓ／Ｃ＊ （ａｔａｎ （（ａ＊ｂ－ Ｈ＾２＊ｓｉｎ）／ （Ｈ＊Ｃ））＋ａｔａｎ （Ｈ＊ｓｉｎ／Ｃ））） ／ｐｉ； ｅｎｄ
５０
０．５３
３４３４１．１８
１００
０．１４
８６５４．１８
２００
０．０３
１４９４．１
３００
０．０１
５７０．４８
表 ３ 暴露 ３０ｓ 对应的热通量和伤害半径
热通量和 半径
死亡
伤害类别
重伤
轻伤
财产损失
ｑ／（Ｗ·ｍ－２） １８ ４１９．６３ １２ ９９．５３ ４ ７９６．９６ ２５ ８４２．９１
ｅｎｄ 以下代码是视角系数的计算程序： Ｌ＝ｓｔｒ２ｄｏｕｂｌｅ （ｇｅｔ （ｈａｎｄｌｅｓ．ｉｎｐｕｔ＿Ｌ，＇Ｓｔｒｉｎｇ＇））；％ 获 得 火 焰
高度 Ｄ＝ｓｔｒ２ｄｏｕｂｌｅ（ｇｅｔ（ｈａｎｄｌｅｓ．ｉｎｐｕｔ＿Ｄ，＇Ｓｔｒｉｎｇ＇））； Ｘ＝ｓｔｒ２ｄｏｕｂｌｅ （ｇｅｔ （ｈａｎｄｌｅｓ．ｉｎｐｕｔ＿Ｘ，＇Ｓｔｒｉｎｇ＇））；％ 获 得 目 标
关键词 池火灾 油库 数值模拟 风险评价
油 库 存 在 发 生 火 灾 、爆 炸 事 故 的 可 能 性 ， 并 且 由 于 其 辐 射 热 强 、沸 腾 喷 溅 ， 危 害 范 围 极 广 ， 往 往 造 成 巨 大 的 人 身 伤亡和财产损失。对油库进行事故后果模拟计算和评价， 可以为做好事故预防和救援， 减少伤亡和损失提供依据。 然 而 许 多 评 价 人 员 常 常 遇 到 计 算 繁 杂 、无 法 用 手 工 完 成 的 数 学 运 算 过 程， 既 影 响 工 作 效 率 ， 又 增 加 人 为 的 误 差 性 。特 别 是 关 于 池 火 灾 模 型 的 视 角 系 数 的 计 算 ， 中 间 变 量 多 、公 式烦杂， 给安全评价工作带来一定的障碍。本文通过对池 火 灾 模 型 的 介 绍 ， 运 用 ＭＡＴＬＡＢ 编 写 简 单 、实 用 的 评 价 软 件， 解决计算困难， 提高工作效率。
!２
２
Ａ＝ ａ ＋（ｂ＋１） － ２ａ（ｂ＋１） ｓｉｎθ ；
Ｂ＝
!ａ２
＋（ｂ－
２
１）
－
２ａ（ｂ－
１）ｓｉｎθ
；
Ｃ＝ !１＋（ｂ２ － １）ｃｏｓ２θ ；
Ｅ＝（ａｃｏｓθ）（ｂ－ ａｓｉｎθ）；
Ｇ＝ !（ｂ－ １）／（ｂ＋１） ；
Ｈ＝ !ｂ２ － １ 。
１．６ 目 标 接 受 到 的 热 通 量 计 算［１］
３８ ２００７ 年第 ７ 卷第 １１ 期
种秀华，等 ．油库池火灾模型的数值模拟
风险评价
Ｆ＝（ＦＶ＾２＋ＦＨ＾２）＾０．５；％计 算 总 视 角 系 数 ｓｅｔ （ｈａｎｄｌｅｓ．ｉｎｐｕｔ＿Ｆ，＇Ｓｔｒｉｎｇ＇ ，ｎｕｍ２ｓｔｒ （Ｆ））； 其 它 程 序 略 ， 读者可参照以上的程序实现其它功能。
１．３ 火 焰 表 面 热 辐 射 量［２］
Ｅ＝ＤＨｃｆｍ＇／ （Ｄ＋４Ｈ）
（ ３）
式 中 ： Ｅ — 火 焰 表 面 的 热 通 量 ， Ｗ／ｍ２；
ｆ — 热 辐 射 系 数 ．４ 火焰倾角
采用 Ｐｒｉｔｃｈａｒｄ 和 Ｂｉｎｄｉｎｇ 提出的公式计算火焰倾角［２］ ：
风险评价
编辑 王广亮
油库池火灾模型的数值模拟
种秀华 １ 任志国 ２ 王博儒 ３ （ １ 中国地质大学工程学院， 湖北武汉 ４３００７４
２ 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室， 湖北武汉 ４３００７０ ３ 河 南 省 产 权 交 易 中 心 ， 河 南 郑 州 ４５００００）
摘 要 考虑到池火模型在有风状态下视角系数计算 的 复 杂 性， 运 用 ＭＡＴＬＡＢ 强 大 的 计 算 和 绘 图 功 能 ， 以 及 可 视 化 ＧＵＩＤＥ 工 具 箱 ， 进 行 了 池 火 灾 模 型 的 数 值 模 拟 界 面 化， 实现了计算模型的参数和绘制热通量分布图等功能。 操作界面简单方便， 计算和绘图效率和准确率高。同时避 免了命令流方式带来的改变一个参数要重新执行命令和 输入的弊端。
３ 工程实例 假 设 某 油 库 一 个 ５ ０００ ｍ３ 的 油 罐 发 生 泄 漏 ， 防 火 堤
所 围 池 面 积 为 ２ ６４７．３９ ｍ２， 汽 油 的 相 对 体 积 质 量 取 ０．７ ， 空 气 相 对 体 积 质 量 取 １．２９３ ， 燃 烧 速 度 为 ０．０５５ ｋｇ／ｍ２·ｓ，１０ｍ 处 风 速 为 ３．５ ｍ／ｓ， 这 里 取 下 风 方 向 。取 温 度 在 ２０℃ 的 空 气 动 力 粘 度 值 为 １５．７ ×１０－６， 燃 烧 热 值 取 ４．３８１×１０７Ｊ／ｋｇ， 利 用 前 面 编 写 的 程 序 计 算 ， 结 果 如 表 １ 、 ２ 、３ 所 示 。