《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 8-23燃气事故后果虚拟实验

燃气事故后果虚拟实验1.实验目的燃气输配系统中有大量的天然气，其各部分的管路和容器很有可能发生天然气泄漏，一旦天然气泄漏会引起喷射火、闪火、池火、蒸汽云爆炸等事故，必将产生人员伤亡和财产损失等严重的事故后果。在燃气输配系统设计与运营阶段对其可能产生的各种事故工况进行相关模拟分析，确定各种事故的影响区域范围以及影响的程度，可为燃气输配系统的科学合理设计与安全运营提供基础资料，最大程度地避免人员伤亡和财产损失。2.实验原理本虚拟实验在软件中导入给定的地图作为背景，然后选择需要的模型，逐步输入给定的相关参数，便可仿真泄漏、扩散、火灾、爆炸4种模型的案例，得到相应的图、表及数据结果，计算泄漏率或蒸发率、人员和建筑物的损坏、后果影响等。软件提供的4种模型中，泄漏模型包含气体泄漏、液化气泄漏和液体泄漏，扩散模型包含气体湍流自由射流、中性气体和重气扩散及火羽上升，火灾模型包含BLEVE火球、喷射火、池火、立即点火和可燃及有毒燃烧产物，爆炸模型包含TNT爆炸、多能量爆炸、BLEVE爆炸和容器断裂。3.实验系统及装置Effects软件是后果模拟的工具，用于预测意外泄漏具有易燃易爆特性或有毒性的有害物质的结果。软件可用于结果分析，软件内设置有泄漏、扩散、火灾、爆炸、损害模型以及组合模型，适用于分析不同的情况（瞬态或稳态）、不同的相态，不同的化学危害和不同的现象。结果以地图上的不同颜色色块、图表和数值表的形式展示出来，可用于评估等级、确定比例和测算距离，在过程安全分析、验证法规要求和应急响应等领域有很高的应用价值。4.实验步骤与方法1）图形用户界面Effects图形用户界面如图1所示。图1用户界面2）PresentationSettings（演示设置）首先定义投影（坐标）系统，如图2所示，然后选择要显示的典型等值线图等级（热辐射、超压、浓度和致死率），最后选择用于图表和“影响区域”网格分布的颜色。图2定义投影（坐标）系统3）导入背景地图Effects支持储存在项目文件中的多个背景在电脑间轻松交换项目，背景可以是文件(图片/AutoCAD图纸)，或直接从互联网上获取，背景可以处于绝对位置，以便将结果整合到GIS系统或GoogleEarth中，如图3所示。如果不需要导出结果，仍可以使用(0，0)周围的相对位置。导入地图步骤：①添加背景地图(鼠标右击并浏览地图)；②选择默认坐标系；③选择<按长度的地理参考>；④使用OSMtile服务器检查地理参考地图。图3导入背景地图

4）不同模型的具体案例（1）泄漏模型添加静态设备，右键Stationaryequipment，选择Addequipment，如图4所示。图4添加静态设备选择泄漏模型，右键Equipment，选择气体从容器中释放模型，如图5所示。图5选择泄漏模型

输入参数，如图6所示。图6输入参数

计算结果，点击Calculate，计算模型结果，如图7、表1所示。图7计算结果示意图表1计算结果列表Results

Initialmassinvessel(kg)20846Massflowrateattimet(kg/s)

Timeneededtoemptyvessel(s)2027Totalmassreleased(kg)18258Pressureinvesselattimet(kPa)

Pressureatpipeexitattimet(kPa)

Temperatureatpipeexitattimet(°C)

Densitygasatpipeexitattimet(kg/m3)

Maximummassflowrate(kg/s)52.533Representativereleaserate(kg/s)46.894Representativeoutflowduration(s)389.35Representativetemperature(°C)11.679Correspondingpressure(kPa)17695Representativedensity(kg/m3)187.57

（2）扩散模型添加静态设备，右键Stationaryequipment，选择Addequipment，如图8所示。图8添加静态设备选择扩散模型，右键Equipment，选择中性浮力气体扩散模型，如图9所示。图9选择扩散模型

输入参数，如图10所示。图10输入参数

计算结果，点击Calculate，计算模型结果，如图11、图12、表2所示。图11计算结果示意图1图12计算结果示意图2表2计算结果列表Results

Thresholdconcentrationused(vol%)1.25Concentrationat(Xd,Yd,Zd,t)(vol%)104.29MaximumconcentrationatZd(vol%)104.29atdistance(m)53.9Mixingheightused(m)1500Stand.dev.ofturbulentvelocityinvert.directionused(m/s)0.14023Stand.dev.ofturbulentvelocityinhoriz.directionused(m/s)0.48148InverseMonin-Obukhovlength(1/L)used(1/m)-0.18238（3）火灾模型添加静态设备,右键Stationaryequipment，选择Addequipment，如图13所示。图13添加火灾模型静态设备选择火灾模型，右键Equipment，选择BELEVE火球模型，如图14所示。图14选择火灾模型输入参数，如图15所示。图15输入参数

计算结果，点击Calculate，计算模型结果，如图16、图17、表3所示。图16计算结果示意图1图17计算结果示意图2

表3计算结果列表Results

Initialmassinvessel(kg)10362Liquidtemperatureatburstpressure(°C)68.147Adiabaticvapourflashfraction(-)0.7598TotalmassinvolvedinBLEVE(kg)10362DurationoftheFireBall(s)9.0804MaxDiameteroftheFireBall(m)126.45MaxHeightoftheFireBall(m)189.67Surfaceemissivepower(max)(kW/m2)400(Max)heatradiationlevelatXd(kW/m2)3.7583(Max)ViewfactoratXd(-)0.015746AtmospherictransmissivityatXd(%)60.059HeatradiationdoseatXd(s*(kW/m2)^4/3)24.02PercentagefirstdegreeBurns(%)0PercentageseconddegreeBurns(%)0PercentagelethalBurns(%)0Distancetoclothingburningdose(m)93.884（4）爆炸模型添加静态设备，右键Stationaryequipment，选择Addequipment，如图18所示。图18添加爆炸模型静态设备

选择爆炸计算模型，右键Equipment，选择TNT爆炸计算模型，如图19所示。图19选择爆炸计算模型输入参数，如图20所示。图20输入参数

计算结果，如图21、图22、表4所示。图21计算结果示意图1图22计算结果示意图2

表4计算结果列表Results

PeakoverpressureatXd(mbar)32.865PressureimpulseatXd(Pa*s)63.385PositivephasedurationatXd(ms)

EquivalentTNTmass(kg)250Maximumpeakoverpressure(bar)6.6712Confinedmassinexplosiverange(kg)250Dist.centermassofconfinedexpl.cloudtostudypoint(m)200Damage(generaldescription)atXdNodamageorveryminordamageDamagetobrickhousesatXdHabitableafterrelativelyeasyrepairs.Minorstructuraldamage(3kPa).DamagetotypicalAmerican-stylehousesatXdNodamageorveryminordamageDamagetostructures(empirical)atXdNodamageorveryminordamageDamagetowindows(housesbefore1975)atXd(%)57.803Damagetowindows(housesafter1975)atXd(%)13.717

5.实验数据记录1）实验模型和参数条件（1）实验模型缺图序和图称？缺图序和图称？（2）参数条件假设管道粗糙度0.045mm，泄漏孔为圆形孔，膨胀类