池火灾热辐射计算及模拟

池火灾热辐射计算及模拟

健康和

环境

风险评价

编辑王广亮

池火灾热辐射计算及模拟

刘博

梁栋

黄沿波

（中山大学工学院安全工程研究中心，广东广州510006）

*

摘要：在油罐火灾中，着火罐所释放的热辐射对附近的人员以及设备造成一定的危害，分别采用经验公式以及FDS模拟来计算热辐射强度，并对计算结果进行比较及分析，结果表明两种方法可互相补充完善。

关键词：池火灾；热辐射；FDS模拟

油罐火灾的燃烧特性是预测火灾发展趋势和评估火灾对周围环境影响的基础和前提，国内外的学者对其进行了多方面的研究。美国的An-thonyHamins[1]在总结前人的实验数据和研究成果的基础上研究了油池燃烧火焰的结构。日本的TakaakiYamaguchi[2]和HiroshiKoseki[3]对大规模油罐(直径80m)的燃烧特性进行了实验研究，获得了一些基础数据。然而，由于油罐火灾实验的特殊安全、环保等因素的限制，直接进行性，加之资金、大型实验是非常困难的。因此构建数学模型，利用计算机来计算油罐燃烧中各种特性参数的变化成为研究油罐火灾的重要手段。

FDS(FireDynamicsSimulator)是美国国家技术标准局（NIST）建筑火灾实验室开发的基于场模拟的火灾模拟软件，该软件采用先进的大涡模拟技术，得到众多实例验证，在火灾安全工程领域应用广泛[4]。

化学工业园区内重大危险源众多，一旦发生事故，危险源之间、企业之间有可能相互影响而导

致事故进一步升级，造成重大人员伤亡和财产损

为了保证化学工业园区生产的顺利进行，使人失。

的生命安全和企业的财产得到有效的保障，使环境免遭破坏，必须努力控制危险源以消除和减少危险，这就要求对化学工业园区的危险性进行研究。本研究内容选取某化工园区5000m3内浮顶

对油罐火灾热罐直径为28.5m的汽油罐为实例，

辐射进行经验公式计算和FDS软件模拟，并对两种方法进行比较。

1池火灾热辐射计算（经验公式）1.1燃烧速度的计算

由于燃烧速度极不稳定且不断变化，因此取燃烧中期平均燃烧速度为准。不同直径油罐液体表面上单位面积的燃烧速度为：

Vb=1(6.932-6.01)(1)

式中：Vb———直线燃烧速度，mm/s；

D———油罐直径，m。

直线燃烧速度与质量燃烧速度的转换利用公式：

-D

收稿日期：2008-10-15作者简介：刘博，中山大学热物理与能源利用技术专业在读硕士。从事安全生产管理及工业火灾模拟方面的研究。

*广东省安监局安全专项资金项目。

２００９年第９卷第１期

池火灾热辐射计算及模拟

刘博，等.池火灾热辐射计算及模拟

风险评价

V=(ρVb)/1000(2)

式中：V———质量燃烧速度，kg/(m2·s)；

ρ———液体体积质量，kg/m3。

计算得单位面积燃烧速度为0.0254kg/(m2·s)1.2火焰高度的计算

当液池为一个半径r的圆形池时，火焰高度按公式（3）计算：

V

h=84r

ρ0(2gr)

"

0.6

(3)

式中：h—火焰高度，m；

r—液池半径，m，半径为12.25m；ρ0—周围空气的体积质量，取值1.16kg/m3；g—重力加速度，取值9.8m/s2。计算结果：火焰高度可达22.41m（在大型火灾实验中，火焰形状并不清晰，因为在火焰周围存在大量的烟，所以上述火焰高度计算仅是理想情

。况下的估算值）

1.3液池燃烧时的总辐射量

液池燃烧时的总辐射量按公式（4）计算：rh)VηHcQ=(πr+2π(4)0.61

(72γ+1)

式中：Q—总辐射量，W；

η—效率因子，介于0.13至0.35之间;(根据试验数据，对于大型油盘火灾，由于烟的屏蔽作用，使得辐射分数随着油盘直径的增加而下降，该计算中取平均值0.24);

Hc—最大发热量，J/mol，取43728.8J/mol。由该式计算得总热辐射量Q=61.9×103kW。1.4目标入射热辐射强度

假设全部辐射热量都由液池中心释放出来，在距离液池中心点X（m）的某一点的入射热辐射强度(目标入射热辐射强度)为：

Qtc

I=(5)2

4πX

式中：I—入射热辐射强度，W/m3；

tc—热传导系数，在无相对理想数据时，可取值1；

X—目标点到火源（罐壁）的距离，m。

上述目标入射热辐射强度公式，反映了热辐射能量与受害目标到火源距离之间的关系。当入射热辐射通量是一个定值时，可以计算出受害目

2

标与火源之间的伤害距离，参照辐射危害程度（表1），计算得到：当I1=37.5kW/m2时,X1=11.4m；I2=25.0kW/m2时,X2=14.1m；I3=12.5kW/m2时,X3=19.9m；I4=4.0kW/m2时,X4=35.1m；I5=1.6kW/m2时,X5=55.5m。

计算结果表明：油罐火灾通过热辐射方式影响周围环境，当热辐射强度足够大时，可使周围物体燃烧或变形，强烈的热辐射可能烧毁设备，并造成人员伤亡。

表1辐射危害程度一览

入射通量37.525.0

伤害半

X/mI/（kW·m-2）径，

对设备的损害对人的伤害

11.414.1

操作设备全部损1%死亡/10s；坏

100%死亡/1min

在无火焰，长时重大损伤/10s；间辐射下，木材100%死亡/1min燃烧的最小能量

12.519.9有火焰时，木材1度烧伤/10s；燃烧塑料熔化的10%死亡/1min最低能量

4.01.6

35.155.5

20m以上感觉疼痛，未必起泡长时间受辐射无不舒服感

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