臨街餐飲店內廚房泄漏擴散及爆炸模擬研究

1 概述

據不完全統計，2019年我國共發生燃氣事故722起，其中發生在餐飲店的事故逾100起。臨街餐飲店通常將就餐區布置在臨街一側，廚房位于內側，許多是沒有對外門窗的內廚房，存在通風不良隱患。對這些餐飲店進行燃氣泄漏后果分析對控制燃氣事故的發生有重要意義。

范堅強突然打電話給一杭，約他去辦公室談《真相》的創作進度。一杭不太喜歡談論正在寫作的小說，他認為創作是很私密的事情，別人的意見容易造成不必要的干擾，何況，還沒成型的東西，說出去也是對自己的不負責。當然，這一次他準備去，就算范堅強不找他，他也要尋個機會去一趟一風公司。他需要確認，核桃臉記事本上提到的范總是不是范堅強。

目前已有許多學者對燃氣泄漏或者爆炸過程進行了研究。Huh等人

分別采用CFD方法和簡化的室內氣體流量模型對建筑內氣體泄漏擴散進行模擬計算，對比驗證和評價室內釋放模型的性能。Litto等人

模擬建筑物內貧甲烷泄漏的氣流規律，研究門、通風口和泄漏位置的影響，結果表明建筑主門保持關閉時，大部分無組織甲烷通過通風口排出。陳琪等人

以民用廚房為研究對象，模擬在門窗關閉的條件下微量連續點源泄漏的甲烷氣體擴散運動特性，得出室內危險區域范圍。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、初始湍流對火焰發展的影響。Ji等人

對建筑內天然氣泄漏爆炸事故進行調查研究，將不同條件下的爆炸模擬結果與實際情況對比，得出事故發生前建筑內可能存在的天然氣填充量。Pedersen等人

采用CFD方法對兩室封閉空間內天然氣爆炸進行模擬研究，結果表明超壓曲線有2個壓力峰值。第1個壓力峰值與防爆通風板泄壓有關，第2個壓力峰值隨排氣口結構、填充程度而變化。Sezer等人

設計各種尺寸和幾何形狀的通風口，研究其對通風室爆炸后果產生的影響。Li等人

提出了一種用FLACS模擬封閉空間內湍流火焰的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的峰值壓力，計算結果與實驗結果吻合較好。李紅培

建立開放式廚房燃氣泄漏擴散的模型，利用FLUENT模擬不同影響因素下開放式廚房內燃氣擴散，結果表明開放式廚房開窗有風情況和加隔墻情況會降低事故風險發生的概率。Baalisampang等人

建立一種分析模型來評估火災、爆炸產生的超壓和熱輻射對人體形成的危害后果。目前幾乎沒有學者對臨街餐飲店內天然氣泄漏爆炸事故進行模擬研究，筆者對此進行研究，并對比分析產生的后果。

本文采用計算流體力學方法，建立兩種長寬比的餐飲店物理模型，對門、風機開閉狀態下的天然氣泄漏擴散進行模擬，計算得到天然氣質量分數分布。然后在FLACS軟件中設置點火點進行爆炸模擬，對比研究不同泄漏時間進行點火的超壓分布情況，研究餐飲店門開閉狀態對超壓分布的影響，分析爆炸過程中餐飲店內超壓分布情況、氣流運動情況。針對最危險的模擬工況，分析對人體傷害以及對建筑物的破壞效應。

2 臨街餐飲店模型與模擬參數設置

本文坐標單位均為m。

2.1 物理模型

① 泄漏擴散物理模型

利用FLUENT前處理模塊ICEM建立典型臨街餐飲店泄漏擴散物理模型，見圖1，模型平面圖見圖2(圖中尺寸單位為mm)，模型尺寸見表1，模型內物體

坐標見表2。餐飲店門和窗口位于餐廳

軸中間位置，餐廳門寬2 m，高2 m。窗口(是個孔洞)位于餐廳門正上方，寬1 m，高0.3 m。廚房門距離

平面2.2 m，寬0.8 m，高3 m。模型主要由就餐區和廚房組成，廚房門始終保持開啟，厚度為0.1 m。矩形送、排風管道寬0.35 m，中心距地面2.625 m，送、排風口為圓形向下，直徑為0.3 m。燃氣管道內直徑為32 mm，貼附地面設置，泄漏點位于水平燃氣管道端頭的一段豎直管段上。

圖中

——餐飲店總長度，m

④ 格雷馬斯.行動元、角色和形象.選自張寅德.敘事學研究.王國卿譯.中國社會科學出版社，1989年:第119-125頁.

——就餐區長度，m

——就餐區和廚房的隔墻厚度，m

——廚房長度，m

為了探討農村地區收入不平等究竟是由城市群與非城市群間(組間)，還是其組內收入差距擴大所引起的，本文采用 Shorrocks[24]的子群體分解法來進行分析。由于使用基尼系數進行子群體分解時，存在“剩余項”，不適合用來進行子群體分解[25]。因此，本文將中國農村劃分為城市群地區與非城市群地區，用泰爾指數來度量不平等，結果如表1所示。通過泰爾指數分解，可知：

——餐飲店寬度，m

——餐飲店高度，m

《治譜》主要依據從政流程與行政事務分門別類進行編排，其條目如：初選門；到任門；堂事門；詞訟門；錢糧門；人命門；賊盜門；獄囚門；待人門；(雜事門、補遺)；(憲約、慎刑說)[26](P85)。其中《賊盜門·截殺法》曰：

進行爆炸模擬時，為便于了解沖擊波對餐飲店外部空間的影響程度，在泄漏擴散物理模型的基礎上擴大餐飲店外部空間模擬區域，得到爆炸物理模型(采用FLACS軟件的前處理器CASD建立)，見圖3。模型1擴大后稱為模型3，模型2擴大后稱為模型4。模型3長27 m，寬24 m，高度為8 m；模型4長36 m，寬24 m，高度為8 m。當餐飲店門關閉時，將餐飲店門設置成POPOUT類型泄壓板，其開啟壓力為0.01 MPa。

第五，因為地震后原有家園被摧毀，一部分羌族村寨被迫遷移。原汶川縣龍溪鄉直臺村和垮坡村夕格組原有的生存空間不再適宜生存，于是被迫遷往了位于邛崍市的南寶農場。由原本的羌族聚居區遷往漢人區，不僅是生存空間的遷移，更是文化生存空間的改變。

2.2 網格劃分

① 泄漏擴散物理模型

采用ICEM劃分非結構網格，泄漏點附近通常具有較大的速度梯度、濃度梯度和壓力梯度，因此對其上方區域進行局部網格加密。模型1網格數量為1 141 234個，模型2網格數量為1 699 798個。

② 爆炸物理模型

采用CASD劃分網格，網格類型為三維笛卡爾網格，是邊長為0.10 m的六面體網格。

2.3 參數設置

① 泄漏擴散

調控進度 創造過程經歷準備期、醞釀期、明朗（頓悟）期和驗證期．其中，醞釀期對獲得創造性想法至關重要，大量觀念的組合和選擇就發生在這個時期．大量研究支持醞釀期的意識思維休息假說及遺忘固著假說．因此，教師一方面應提供富有挑戰性的任務讓學生體驗醞釀期，另一方面應調控教學的進度，保證學生有足夠的醞釀時間，如在課堂話語和活動中進行短暫的休息，讓學生在一段時間內同時處理多個任務或完成長時作業等．

采用FLUENT軟件進行泄漏擴散計算時，湍流模型采用

-

模型，求解模型采用PISO模型。模型中餐桌、灶臺、吸油煙機、冰箱等家具家電以及墻面、風管、燃氣管道均設置為壁面邊界條件，窗口邊界條件為Outflow。餐廳門關閉時，餐廳門設置為壁面邊界條件；餐廳門開啟時，餐廳門設置為Outflow。風機關閉時，送風口與排風口為壁面邊界條件；風機開啟時，送風口與排風口邊界條件為Velocity，送、排風速均為8.96 m/s，湍流強度為3.47%。天然氣假設為純甲烷。初始絕對壓力為101.325 kPa，初始溫度為25 ℃。

模型1和模型2中均設置了1個天然氣體積分數監測點，當監測到天然氣體積分數達到1%時開啟送風機和排風機。模型1監測點坐標為(3.0，7.0，2.7)，模型2監測點坐標為(3.0，14.0，2.7)。

泄漏點坐標為(3.1，7.9，0.1)，面積為50 mm

，泄漏方向沿

方向。泄漏點邊界條件為velocity-inlet，泄漏速度為54.18 m/s，采用小孔泄漏模型流量計算方法

計算得泄漏流量為9.8 m

/h。

要想更好地對公司進行管理，就需要從內到外地進行人力資源管理工作。首先調整人力資源管理的策略，不僅要從客戶方面考慮，還要結合市場以及其他部門，人力資源管理應該最大限度地為企業創造利益和價值。此外，人力資源管理者需要具備提高企業吸引度，增加企業投資者的能力，站在他人或受益者的角度進行考慮的能力。

② 爆炸物理模型

由圖8可知，當餐飲店內氣云燃燒形成的壓力未達到餐飲店門破壞壓力(10 kPa)時，主要在餐飲店內部形成超壓。隨著燃燒產物逐漸增加，餐飲店內壓力積聚到10 kPa時，餐飲店門開啟，超壓傳播到外部，超壓峰值達18 kPa以上。模型1泄漏1 h點火后200 ms、574 ms時

=0.25 m、

=0.75 m平面上的速度分布見圖9。

采用FLACS軟件進行爆炸計算時，根據泄漏擴散模擬得到的結果設置餐飲店內的天然氣體積分數，模型采用歐拉(EULER)邊界條件，點火點設于灶臺附近，模型3點火點坐標(3.2，7.9，0.2)，模型4點火點坐標(3.2，14.9，0.2)。設置初始絕對壓力為101 325 Pa，初始溫度為20 ℃。輸出參數為爆炸超壓和氣流速度。

③ 壓力測點設置

定義直線1的方程為：

對于模型1、3，沿直線1，在

=-15、-10、-6、-3、0、2、4、6、8處布置壓力測點。

對于模型2、4，沿直線1，在

=-15、-10、-6、-3、0、2、4、6、8、11、13、15處布置壓力測點。

3 泄漏擴散模擬結果分析

3.1 餐飲店門開閉對泄漏擴散的影響

當討論到由“數據分析”做主導的企業面臨的最大挑戰時，與會者們一致認為投資和管理的焦點過于看重科技，卻忽略了人和分析流程。

模型1風機啟動時刻為167 s，模型2風機啟動時刻為138 s。由圖7可知，風機啟動前，天然氣體積分數大于1%的氣云體積隨時間呈增加趨勢；風機啟動后，體積分數迅速下降，各模型天然氣體積分數大于5%的氣云體積都在風機啟動后的20 s內降低至0。可知通風能在短時間內有效控制餐飲店內泄漏天然氣的擴散。

對比圖4、5可知，在餐飲店門開啟和關閉條件下，天然氣泄漏后的擴散趨勢總體相同。但由于餐飲店門開啟時，可通過餐飲店門直接和外面大氣進行質量交換，因此天然氣質量分數比餐飲店門關閉時明顯降低。圖5中天然氣等質量分數線明顯不水平，餐飲店門附近存在較大的質量分數梯度；而餐飲店門關閉時，等質量分數線基本水平，餐飲店門附近不存在大的質量分數梯度。對比圖4a、5a可知，泄漏10 min時，餐飲店門開啟時就餐區的天然氣質量分數大于餐飲店門關閉時。對比圖4c、5c可知，泄漏2 h，餐飲店門開啟時，模型1內天然氣質量分數總體低于0.07，而餐飲店門關閉時，模型1內質量分數均在0.15以上。對比圖4f、5f可知，泄漏2 h，餐飲店門開啟時，模型2內質量分數總體在0.04以下；餐飲店門關閉時，模型2內質量分數大于0.05。總體來說，由于餐飲店門開啟狀態下天然氣擴散速度更快，泄漏剛開始時，天然氣質量分數更高。一段時間后，天然氣通過餐飲店門不斷擴散至外部，天然氣質量分數比餐飲店門關閉時低。

農村空巢老人經濟供養水平較低，貧困程度相對較高。由于年齡限制了身體各方面的機能，年齡越高，身體機能越弱，勞動能力隨之下降。但是，空巢老人家庭條件差，老人的收入來源不固定，大多數老人選擇進行農作物耕種來獲取收入，因此老人投入農耕的時間和精力便增多，勞動強度大，一旦遇到天災人禍，農作物必須及時收割或直接放棄來年繼續耕作，這對老人來說無疑是巨大的挑戰。

餐飲店門開閉時，不同天然氣體積分數范圍對應的氣云體積隨時間的變化曲線見圖6。

原始數據中除面狀河流外、同時存在線狀河流數據。其中線狀河流與面狀河流共有以下三種拓撲關系：相交、相接、相離。圖 8（a）、（b）、（c）即為原始河流數據中線面三種狀態的可視化。圖 8（d）、（e）、（f）為運用本文算法、并對應三種拓撲關系的中軸線提取結果。對于原本由線狀河流柵格化得到的單線條河流都能夠很好的保留。當線狀河流與面狀河流存在重疊或相連時，面狀河流提取中軸線與單線條河流在重疊或相連處仍可以保持完整連通的狀態，不會對提取結果造成不良影響，實現了全自動化的中軸提取。

定義 1[10] 對簡單圖G,設映射E(G)→{1,2,…,k}滿足:對?uv,uE(G)(v≠w),有f(uv)≠f(uw),其中N，則稱f為G的k-正常邊染色,記為G的k-PEC,稱χ′(G)=min{k|G有k-PEC}是圖G的邊色數。

圖6中，無論餐飲店門開閉，兩種模型中天然氣體積分數大于1%的氣云體積均隨時間增加至餐飲店體積后保持恒定。對比圖6a、6c，餐飲店體積越小，空間內天然氣體積分數達到1%所需的時間越短。由圖6a、6c可知，在餐飲店門關閉條件下，天然氣體積分數在爆炸極限范圍內的體積隨時間增加至餐飲店體積后保持一段時間，然后逐漸減小至0。由圖6b、6d可知，對于模型1，餐飲店門開啟，泄漏剛開始時天然氣體積分數大于1%的氣云體積稍高于體積分數大于5%的氣云體積，而1 h后兩者幾乎相同，泄漏1～4 h餐飲店內天然氣體積分數都保持在爆炸極限范圍內。對于模型2，餐飲店門開啟，泄漏4 h內天然氣體積分數大于1%的氣云體積均大于體積分數大于5%的氣云體積，表明泄漏4 h內餐飲店內僅部分氣云的天然氣體積分數達到爆炸極限，并且在爆炸極限范圍內的氣云體積呈先增加后降低的趨勢。

3.2 送、排風機啟停對泄漏擴散的影響

餐飲店門保持關閉狀態，保持其他條件不變，當體積分數監測點監測到天然氣體積分數達到1%時，開啟送、排風機對餐廳進行通風。不同天然氣體積分數對應的氣云體積隨時間的變化曲線見圖7。

由圖4可知，天然氣泄漏后，以泄漏點為中心，受浮力作用向四周擴散。天然氣由廚房擴散至就餐區的過程中，先貼附屋頂從廚房門擴散到就餐空間，在浮力和動量的作用下，沿屋頂和墻壁擴散至整個就餐區，泄漏2 h后兩個模型內天然氣質量分數均在0.07以上。總體來看，廚房內下部空間的天然氣質量分數平均值高于上部空間，而就餐區下部空間的天然氣質量分數明顯低于上部空間。兩種模型天然氣擴散規律基本一致，但同時刻模型1天然氣質量分數均大于模型2，泄漏2 h后模型1內天然氣質量分數幾乎在0.15以上，模型2內天然氣質量分數在0.15以上的區域較小。可知餐飲店體積(指餐飲店內部空間的體積)對天然氣擴散的影響較大，體積越小，泄漏相同時間后天然氣質量分數越高。

4 爆炸模擬結果分析

4.1 餐飲店爆炸過程分析

僅以風機關閉、餐廳門關閉狀態下，模型3內泄漏流量為9.8 m

/h，持續泄漏1 h被點燃爆炸為例。點火574 ms后餐飲店內達到超壓峰值，點火后各時刻(200 ms、450 ms、574 ms)

=0.75 m平面上的超壓分布見圖8。

② 爆炸

由圖9可知，點火后燃燒反應釋放的熱量以及燃燒產物膨脹使附近氣體向四周運動，其速度沿反應前沿向外圍依次遞減，氣流經過廚房門時節流，使得此處速度增加。隨著燃燒范圍不斷擴大，氣流速度也不斷增加，到點火發生574 ms時，大量燃燒產物通過餐飲店門節流運動至外部大氣空間，此時最大氣流速度在420 m/s以上。

4.2 餐飲店門開閉對超壓的影響

不通風時，分別在兩種模型泄漏0.5 h、1 h、1.5 h、2 h點火，對餐飲店門開啟和關閉兩種狀態進行模擬。由圖6a可知，模型1泄漏2 h后餐飲店內天然氣體積分數均大于爆炸上限，因此模型3泄漏2 h點火時，模擬空間的初始天然氣體積分數按爆炸上限(15%)進行設置，模型內各測點超壓峰值見圖10。

由于長柄雙花木不同發育階段的植物經濟策略不同，因此對其進行保護和保育時應針對其不同發育階段采取相應的保護措施。長柄雙花木幼苗需要較高的葉含水量，有研究表明長柄雙花木幼苗葉片水含量和光合速率隨遮蔭程度的增加而上升[46]，其幼苗適宜生長在較濕潤且遮蔭的環境中。因此在遷地保護時應注意對幼苗進行適當的遮蔭，以促進幼苗的生長；而在幼樹和成樹階段，葉厚度和葉面積逐漸增大，植株需要較強的光照進行光合作用。因此對于就地保護和遷地保護種群的幼樹和成樹，應對其周圍樹木進行適當修剪與清理，以保證其對光照的需求。

以泄漏開始時刻為0時刻，時間用

表示。不啟動送風機和排風機，餐飲店門關閉、開啟時，模型1和2內各時刻天然氣質量分數分布云圖分別見圖4、5。

點火后，溫度迅速升高引起氣體膨脹，當受到墻體、家具等障礙物的阻礙時，火焰傳播速度加快且壓力積聚。同一種模型，泄漏時間越長，點火形成的超壓越大。爆炸發生后，兩種模型餐飲店內最靠近點火位置的測點處的超壓峰值最大，各測點超壓峰值隨著與點火點距離增加而逐漸減小。對比圖10a、10c可知，在餐飲店門關閉的條件下，泄漏0.5 h、1 h進行點火，此時模型3內形成的可燃氣云體積更大，模型3內的超壓峰值比模型4大；隨著泄漏時間的延長，在泄漏1.5 h、2 h進行點火，模型3內各測點超壓峰值均小于模型4。對比圖10a、10b可知，餐飲店門關閉時，氣云燃燒形成的超壓以及燃燒產物未能有效泄放，在餐飲店內部積聚直到餐飲店門被破壞；餐飲店門開啟時，壓力波迅速運動至外部空間，因此相同測點處餐飲店門關閉形成的超壓峰值比餐飲店門開啟時大。總體來說，泄漏剛開始的一段時間內，體積較小的餐飲店內進行點火爆炸產生的超壓更大；天然氣泄漏時間較長時，體積較大的餐飲店點火爆炸產生的超壓更大。

4.3 爆炸后果分析

① 超壓對人體的影響

超壓對人體產生傷害，本文采用概率函數法

評估超壓對人體各部位產生的傷害概率。由前文可知，餐飲店門關閉的條件下，模型4泄漏2 h后點火爆炸內部產生的超壓峰值最大，對這種情況下爆炸過程餐飲店內部和外部各測點處超壓對人體各部位產生的傷害概率進行計算。

計算結果顯示，餐飲店內部超壓導致的人體傷害概率大于餐飲店外部，餐飲店內部各測點處的超壓對人體頭部的傷害概率接近100%，而餐飲店外部超壓基本不對人體產生傷害。人體位移傷害概率隨距點火點距離增加而逐漸減小。在餐飲店內外，對肺部造成損傷的可能性幾乎為0。

② 超壓對建筑物的影響

采用沖擊波對建筑物(4層以下)影響的概率函數法

，計算超壓對建筑物的損壞概率。仍針對模型4泄漏2 h進行點火爆炸的情況，對各測點超壓對建筑物的損壞概率進行計算。結果表明，餐飲店內部各測點處發生玻璃窗損壞、主要結構破壞以及建筑倒塌概率都在99.9%以上；餐飲店外部，計算域內的玻璃窗損壞概率在99.9%以上，主要結構損壞概率在32%以下，建筑倒塌概率在5%以下。

③ 其他影響

爆炸過程中，除了沖擊波引起的超壓變化外，高速爆炸風產生的沖擊動壓具有與超壓同樣的破壞效應。模型3泄漏2 h點火爆炸，最大氣流速度達552 m/s，模型4泄漏2 h點火爆炸，最大氣流速度達799 m/s。高速爆炸風產生的沖擊動壓導致餐飲店內設備發生位移，也會使人體受到拋擲和磕碰致傷。

此外，爆炸過程中急劇燃燒產生高溫。模型3泄漏2 h點火產生的高溫逾2 200 K，模型4泄漏2 h點火產生的高溫逾2 300 K，會使人體受到高溫傷害、燒傷或致死。

5 結論

① 典型臨街餐飲店內發生天然氣泄漏時，餐飲店體積對天然氣擴散產生影響，在泄漏流量相同的情況下，餐飲店體積越小，天然氣體積分數越高。

② 相同泄漏源條件下發生天然氣泄漏，相比餐飲店門關閉，餐飲店門開啟時天然氣擴散速度更快，導致泄漏初始時段天然氣體積分數更高。泄漏一段時間后，天然氣通過餐飲店門不斷擴散至餐飲店外部，餐飲店內天然氣體積分數比門關閉時低。

③ 一定條件下，風機開啟后20 s內可顯著消除餐飲店內的可燃氣云，因此合理設置送排風系統可以有效控制餐飲店內天然氣泄漏事故后果。

④ 在餐飲店門關閉條件下，模型3泄漏1 h后點火，爆炸過程中壓力波破壞餐飲店門，將燃燒產物泄放至外部空間，點火后574 ms產生超壓峰值18 kPa以上，同時燃燒形成的熱量以及燃燒產物膨脹使得計算區域內產生高速氣流，爆炸計算域內最大氣流速度達420 m/s。

⑤ 對于同一模型，無論餐飲店門開閉，餐飲店內天然氣體積分數達到爆炸上限以前，點火爆炸產生的超壓峰值隨泄漏時間延長而增大。對于不同體積餐飲店，泄漏剛開始的一段時間內，體積較小的餐飲店內點火爆炸產生的超壓更大；天然氣泄漏時間較長時，體積較大的餐飲店點火爆炸產生的超壓更大。

Craig原本在金融業工作，2014年7月他辭職了。離開了原來的崗位后，他橫跨半個地球，搬到了澳大利亞生活。他告訴我們，他對攝影的熱情就是從那時培養起來的，并且從此一發不可收拾。起初，他主要從事風光攝影和旅行攝影的工作。而且他一直熱衷拍攝各地的風光和多樣的人文。如今，他的攝影愛好已經足以謀生，現在他在Bristol從事肖像攝影和商業攝影的工作。

⑥ 人體位移傷害概率隨距點火點距離的增加而逐漸減小。高速爆炸風產生的動壓會使人體受到拋擲和磕碰致傷。爆炸過程中急劇燃燒產生的高溫會使人體受到高溫傷害、燒傷或致死。

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