FLACS在氢气 爆炸研究中的应用

jadedragon

                                                     第一节　模拟课题介绍

本模拟课题：分析在集装箱内存放氢气瓶瓶组，气瓶内的氢气泄漏后充满整个集装箱，假定氢气浓度为15%（体积比），遇火发生爆炸，爆炸过程中集装箱箱门全开，该案例旨在研究半封闭空间内氢气的爆燃（deflagration)。

其中集装箱箱内空间净尺寸为5867mm（长）×2352mm（宽）×2385mm（高）,箱壁采用波纹钢板。为了在箱内固定氢气瓶瓶组，需要在箱地板上放置钢架，钢架尺寸见图　　-1。

                              



氢气瓶瓶组由20只50L的钢瓶组成，瓶间距5mm，呈4列每列5只气瓶放置在铁篮中，气瓶直径230mm，高为1660mm。铁篮由50mm×50mm的方钢焊接而成，篮底焊接钢板以承载瓶组，铁篮尺寸及气瓶瓶组见图　-2。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第二节　前处理

　　数值模拟前处理主要完成模拟类型选择、网格划分、输入参数设置、输出变量选定。

1.模拟类型选择

在Scenario Settings下的Simulation type选择，Gas explosion，如图　　-3

2.网格划分

本例研究氢气爆炸，对于爆炸的数值计算,FLACS推荐划分的网格要均匀，因此采用长、宽、高均为4cm的网格。网格信息如图 -4。

3. 输入参数设定

需要设置的参数见表1：

4.输出变量选定

需要输出的变量见表2：

输入参数与输出变量设定后，点击保存，FLACS生成csXXXXXX.dat3文件用来存放设定的参与与输出的变量信息，此文件可以用其他文本编辑器打开查看。本例设置了Gas monitor region（气体监视区），因此，还会生成一个csXXXXXX.MON文件用来存放气体监视区的设置信息,此文件同样可以用其他文本编辑器打开查看。

5.导入FLACS　  runmanger后计算结果如下：

6.结果分析                    ----这是最显示CFD工程师的知识和经验水平，本处不当之处，敬请指正。

模拟结果分析，如同对实验结果的分析。案例研究的目的不同，分析和关注的问题也就不同。再者，不同专业背景的专家看问题的角度不同，得出的结论也不尽相同。但无论从什么角度分析，首先要保证结果的正确性。在计算流体力学（CFD）数值模拟中，常要进行网格敏感性分析，也就是采用不同的网格尺寸进行多次模拟，比较这些结果来判断模拟结果的正确性。另一种方法是基于先前类似案例的模拟结果或实验验证、流体力学知识、爆炸与燃烧的理论来进行结果的判断。如图 -16，我们可以看到某时刻局部压力分布，从集装箱封闭端至出口端，压力降低，符合常识。从压力角度来分析，集装箱长宽比为2.42（长为5867mm,宽为2352mm)，氢气体积比浓度为15%，在箱封闭端中部点火，爆燃过程在如此长宽比且一段敞口的空间也不易加速转变成爆轰，箱顶处的最大压力值为0.047barg，仅在氢气瓶瓶组间出现（气瓶组的存在加剧了波的湍动与叠加）最大压力值0.0892barg，符合爆炸波的原理。另外，在x轴为4.68m处，图中清晰显示压力绕过钢架横档(U型钢，侧边高97.5mm），这种物理现象模拟过程也捕捉到了，说明网格划分较为合理，能够很好的把几何体映射到相应的网格上，也能进一步证明模拟结果的可靠性。但是要注意的是，并不是网格越小越好，因为在网格特别小的情况下将影响亚网格（sub grid）模型计算，FLACS在爆炸数值计算中，网格划分原则为均匀网格，且网格尺寸不要小于20mm。此例网格尺寸为40mm。

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linsunche

樓主之意是波纹钢板可以分散爆炸時的衝擊波?

jadedragon

对不起，刚看到。波纹钢板不会分散冲击波，最多也是引起湍动。这里主要是考察氢气瓶组对爆炸冲击波的扰动作用。

lichenxia

{:1106_382:}{:1106_382:}

Ersa_yoyo

谢谢谢谢谢谢