臨街餐廳摻氫天然氣泄漏爆炸模擬研究

1 概述

氫氣燃燒速度快、燃燒界限寬、質量熱值高，天然氣中摻入氫氣可以改變天然氣的燃燒特性。天然氣摻氫是降低碳排放和實現大規模氫能運輸的重要手段，但高成本、高安全隱患以及大眾對氫認知度不夠等是制約其發展的重要因素。

在理論和數值模擬研究領域，由于受限空間氣體爆炸過程顯示出了極強的復雜性和極大的破壞性，各項研究已對受限空間可燃氣體爆源性質、爆炸過程、傳播規律、影響因素等方面進行了深入廣泛細致的研究。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。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，結果表明壓力曲線有兩個爆炸壓力峰值。第1個爆炸壓力峰值與防爆通風板泄壓有關，第2個爆炸壓力峰值隨排氣口結構、填充程度變化。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爆炸壓力峰值，計算結果與實驗結果吻合較好。Baalisampang等人

建立分析模型，評估火災、爆炸產生的壓力和熱輻射對人體形成的危害后果。李紅培

利用爆炸仿真軟件建立了開放式廚房爆炸模型，并進行爆炸模擬，分析燃氣濃度、泄壓板尺寸、泄壓壓力等對爆炸壓力的影響。盧捷等人

通過對有無障礙物的管道進行氣體爆炸試驗分析研究，得到由于障礙物的原因管道內燃氣爆炸壓力峰值增加20%。鄭立剛等人

為研究不同點火位置下氫氣/甲烷/空氣預混氣體的爆燃特性，改變點火位置和氫氣添加比例，在實驗平臺上開展爆燃實驗以及開展了氫氣-空氣預混氣在透明方管內的爆燃實驗研究，分析在一端開口一端封閉的狹長空間內，濃度和點火位置對氫氣-空氣預混氣爆燃特性的影響。

人生如長河漫漫，會流過平原，亦會途經險道；流過春光，也會流經寒霜。畢淑敏曾在演講中說：“人生沒有意義，但你要為之確立一個意義。”生而為我，觀大千世界，賞蕓蕓萬物，在不斷詢問、不斷上路中叩問自己生命之意義。

2019年我國共發生燃氣事故722起，其中發生在餐廳等商戶的事故逾100起

。臨街餐廳通常將就餐區域布置在臨街一側，而廚房位于內側，出于地形或者建筑功能布局的考慮，許多臨街餐飲店只在臨街側設置餐廳門，其廚房屬于沒有直接對外門窗的內廚房，此類型空間自然通風不暢。

研究摻氫對臨街餐廳內天然氣泄漏爆炸的影響，對天然氣摻氫系統運行的安全管理有積極意義，現有文獻尚未發現此方面的研究，因此本文嘗試采用數值模擬方法對餐廳空間摻氫天然氣泄漏爆炸進行定量研究。

2 研究方法

① 研究對象

臨街餐廳由就餐區和廚房組成。餐廳總長度

為9 m(其中就餐區長

為4.94 m,廚房長

為3.94 m,隔墻厚度

為0.12 m),寬度為4 m，高3 m。餐廳模型(軟件截圖)見圖1。點火源為點源。

④參見 Ellwein/Hesse，Der ueberforderte Staat，1997，S．7，S．67．

③ 模型的建立

餐廳門為關閉狀態，點火位置為靠近餐廳門側(門里)，計算域達到爆炸壓力峰值時，不同摻氫比例工況

=0.75 m截面爆炸壓力分布(軟件截圖)見圖4，計算時段計算域不同摻氫比例工況最高溫度見表1。

研究餐廳門啟閉狀態對可燃氣體爆炸特性的影響時，4種摻氫比例、中部點火條件下，分析餐廳門開啟和關閉時餐廳門外4 m處監測點爆炸壓力的變化。

② 模擬軟件

采用FLACS軟件進行爆炸模擬研究，該軟件由挪威Gex Con ( CMR/CMI) 公司開發，可以通過建立精確的燃燒、爆炸物理模型，研究爆炸壓力、溫度等多個參數在整個爆炸過程中的變化情況。該軟件基于有限體積法在三維笛卡爾網格下求解可壓縮N-S方程。使用標準的湍流模型，并利用SIMPLE算法，通過建立描述流體特性的質量、動量、能量及組分守恒方程，配合邊界條件求解，可計算得出爆炸壓力、火焰傳播速度、溫度、反應物濃度等多個爆炸參數。

第一階段始于明萬歷年間。隨著耶穌會傳教士的到來，中國的學術思想有所觸動。此時，歐洲文藝復興運動推動了西方近代科學的興起。來華的歐洲傳教士在傳播天主教教義的同時，大量傳入歐洲的科學技術，其中包括近代天文學、數學、物理、醫學、地理、水利等。亞里士多德、畢達哥拉斯、斯多葛、西塞羅等古希臘、羅馬著名哲學家的著作也相繼被傳教士們譯成中文。這是西學東漸的開始。梁啟超在《中國近三百年學術史》中說：“明朝以八股取士，一般士大夫，除了皇帝欽定的《性理大全》外，幾乎一書不讀，學界本身，本來就像貧血癥的人，衰弱得可憐。直到明萬歷未年，利瑪竇等西洋人來到中國后，學術界的風氣，才有了變換。”[22]

研究摻氫比例對可燃氣體爆炸特性的影響時，假定摻氫天然氣在餐廳內均勻分布，4種摻氫比例(在氫氣和甲烷的混合氣中氫氣體積分數分別為0%、10%、20%、30%)、餐廳門關閉條件下，分析靠近餐廳門點火時爆炸壓力峰值和最高溫度的變化、中部點火時餐廳門外4 m處監測點爆炸壓力的變化、3種點火位置(靠近封閉側點火、中部點火、靠近餐廳門點火)達到爆炸壓力峰值時間的變化。

本文以國內某大中型海島作為案例，根據島內電力需求預測、環境資源條件和供電方案技術可行性，對發展本地氣電和與內陸聯網的兩種供電方案進行比較分析。

為了解爆炸對餐廳外部空間的影響程度，在餐廳物理模型(見圖1)的基礎上擴大餐廳外部空間模擬區域，該區域長×寬×高為49 m×24 m×7 m。爆炸模擬物理模型(軟件截圖)見圖2。餐廳門所處的平面為零界面(圖中黑色部分)，坐標原點位置見圖1b，餐廳地面為

=0平面，

正方向為豎直向上。臨街方向稱為前，遠離街道方向稱為后，廚房后墻稱為封閉側。

④ 網格劃分與參數設置

根據所建模型的尺寸設置計算域，爆炸模擬的計算域不僅包括餐廳內部，還對餐廳外部壓力波可能到達的范圍進行網格劃分，保證計算域完整地覆蓋餐廳系統模型。在整個計算域內設置均勻網格，設置3個方向上的網格尺寸為0.1 m。在餐廳內部以及餐廳門外等關鍵部位設置監測點，監測爆炸反應過程爆炸壓力、爆炸壓力上升速率、溫度和火焰傳播速度的變化，監測點分布見圖3。

將燃氣區域空間設置為整個餐廳。點火位置均設在餐廳內部，分為靠近封閉側、中部及靠近餐廳門。具體參數設置情況如下。

學習借鑒長江下游地區，特別是長三角發達地區對內對外開放的有益經驗，在更大范圍、更高水平上推進云南對內對外開放和經濟合作，把云南打造成為沿邊沿江開放型經濟示范區。同時，依托云南在長江經濟帶的生態地位，大力發展生物醫藥和大健康產業，根據云南豐富多彩的民族文化旅游資源，大力發展旅游文化產業，把云南建設成為全國生態文明建設排頭兵、民族文化旅游和生態旅游重要目的地。

a.監測點布置

采用中心布置并且考慮對人的損傷情況，選擇

=1.2 m的截面，餐廳內部每隔2 m布置監測點，餐廳外部每隔4 m布置監測點。監測點坐標為：MP11(2，-40，1.2)，MP7(2，-36，1.2)、MP5(2，-32，1.2)、MP4(2，-28，1.2)、MP2(2，-24，1.2)、MP15(2，-20，1.2)、MP13(2，-16，1.2)、MP14(2，-12，1.2)、MP12(2，-8，1.2)、MP1(2，-4，1.2)、MP3(2，0，1.2)、MP6(2，2，1.2)、MP8(2，4，1.2)、MP9(2，6，1.2)、MP10(2，8，1.2)。

新時期,我國在積極展開小學數學教學的過程中,應注重對學生綜合素質的全面培養。這就要求小學數學教師結合小學數學學習特點有針對性地采取教學策略,從根本上提升教學質量。

初始大氣壓力為101 325 Pa，初始溫度為20 ℃。

c.設置模型邊界條件

爆炸所有參數選擇歐拉“EULER”邊界條件——將無黏流動方程(Euler方程)離散為邊界元。這意味著在流出情況下動量方程和連續方程在邊界上得到了求解。環境壓力用作邊界外的壓力。

（5）共享共用支撐：系統的建立，為建立大型設備監測及共享使用機制提供了有力的數據支撐，可為相鄰相同行業單位開展相同業務提供了硬件支持，提高使用效率，減少資金投入。

摻氫燃氣管道以及送排風管道均牽引至廚房,送排風管道均長6.56 m,寬0.35 m,高0.25 m,灶臺高度為0.8 m。上方安有吸油煙機，高度0.4 m。餐廳門中心點坐標為(2，0，1)，高2 m，寬2 m。窗口位于門的正上方，上邊緣與餐廳頂平齊，常開狀態，寬1 m，高0.3 m。廚房另一邊為儲物柜(高2 m)、材料桌(高0.8 m)、清潔臺(高0.8 m)，其他具體尺寸見圖1b。

d.氣體組成設置

選擇CH

、H

，并按摻氫比例分別為0%、10%、20%、30%的體積分數比設置摻氫天然氣。

f.泄壓板

e.點火條件設置

當摻氫天然氣泄漏，達到爆炸下限時，點火。點火源坐標為靠近封閉側(2，8.8，1)、中部(2，4.4，1)、靠近餐廳門(2，0，1)。延遲時間：0 ms。

強健學生的體魄、提高學生的身體素質，是學校體育的本質功能，經常參加體育鍛煉可以改變學生不良的生活習慣，促進學生軀體健康。

積極情緒體驗的積累是高尚情操形成的基礎。衡量故事教學成功的一個表征是能否有效激發情感。根據認知心理學的研究，在故事講述中大量運用表象、挖掘情感潛力，可以達到事半功倍的效果。

餐廳門關閉工況，將餐廳門設置成POPOUT泄壓板，開啟壓力為10 kPa，超過該壓力，則餐廳門視為完全破壞、對爆炸無阻礙。

3 結果與討論

3.1 摻氫比例對爆炸特性的影響

① 爆炸壓力峰值、最高溫度

研究點火位置對可燃氣體爆炸特性的影響時，摻氫比例為20%、餐廳門開啟條件下，分析3種點火位置部分監測點爆炸壓力的變化。

b.初始條件設置

由圖4可知，隨著摻氫比例增加，發生點火爆炸后，爆炸壓力峰值隨之增大，爆炸壓力峰值時間縮短。在整個模擬中，靠近餐廳門點火時，首先引發室內氣體爆炸，室內壓力驟增，導致餐廳門開啟，壓力波向室外傳播，部分工況室內甚至會出現負壓，在圖4所示時刻計算域的爆炸壓力峰值均出現在向室外傳播的過程中。由表1可知，餐廳內發生點火爆炸后，最高溫度隨摻氫比例增加而增加，說明摻氫比例增加會增大爆炸的危害程度。

② 監測點1爆炸壓力變化

餐廳門為關閉狀態，中部點火時不同摻氫比例監測點1爆炸壓力變化見圖5。從監測點1爆炸壓力峰值的角度看，摻氫比例增加，爆炸壓力峰值不斷增大，爆炸強度越大；從監測點1達到爆炸壓力峰值時間看，摻氫比例增加，達到爆炸壓力峰值時間不斷縮短，即爆炸壓力上升速度提高。綜上所述，摻氫對天然氣爆炸起到加速作用，摻氫比例越大，爆炸強度越大，爆炸壓力上升速度越快。

③ 達到爆炸壓力峰值時間

餐廳門為關閉狀態，3種點火位置不同摻氫比例下達到爆炸壓力峰值時間見圖6。可以看出，隨著摻氫比例增加，3種點火位置時達到爆炸壓力峰值時間均明顯縮短，說明氫氣的摻入會加速天然氣爆炸，爆炸壓力上升速度提高，從而增加爆炸危險性。靠近封閉側點火時達到爆炸壓力峰值時間最長。

3.2 點火位置對爆炸特性的影響

設定餐廳門為開啟狀態，為了降低后續實際實驗的危險性，選擇摻氫比例為20%的摻氫天然氣，對點火位置分別為靠近封閉側、中部和靠近餐廳門進行模擬。點火位置對部分監測點爆炸壓力的影響見圖7。可以看出，點火位置不同，相同監測點爆炸壓力差別較大。

3.3 門的啟閉狀態對爆炸特性的影響

點火位置為中部點火，控制餐廳門啟閉狀態，門為泄壓板。不同摻氫比例下餐廳門的啟閉狀態對監測點1爆炸壓力的影響見圖8。

由圖8可以看出，餐廳門關閉狀態下監測點1爆炸壓力峰值明顯高于開啟狀態。餐廳門開啟時靠近餐廳門側沒有壓力集聚的條件，火焰傳播速度較關閉狀態快。當餐廳門開啟時，由于沒有門的約束，使高溫預熱區氣體得以迅速向室外擴散，同時預熱區迅速擴張，也使火焰傳播速度較關閉狀態更快。在不同摻氫比例下，餐廳門關閉狀態的爆炸壓力峰值均高于開啟狀態。

4 結論

① 4種摻氫比例(在氫氣和甲烷的混合氣中氫氣體積分數分別為0%、10%、20%、30%)、餐廳門關閉條件下：靠近餐廳門點火時，隨著摻氫比例增加，爆炸壓力峰值增大，達到爆炸壓力峰值時間縮短，最高溫度增加；中部點火時，摻氫對天然氣爆炸起到加速作用，摻氫比例越大，爆炸強度越大，爆炸壓力上升速度越快；3種點火位置(靠近封閉側點火、中部點火、靠近餐廳門點火)下，靠近封閉側點火達到爆炸壓力峰值時間最長。

3.3 人文關懷改善教學滿意度 良好的教學環境、教學技巧的合理運用、教師良好的綜合素質都有助于護生們的臨床知識的學習和經驗的積累。護士長及帶教老師們的關心和愛護、良好教學氛圍的建立，引導護生們開拓思路、團結協作，更好地護理患者，也使護生的綜合素質得以全面良好的發展和提高。

1.1一般資料選取了2015年1月至2016年1月我院的375例異常血液樣本作為對照組,同期選取了正常血液樣本350例作為觀察組,對這些樣本進行了血涂片檢驗,觀察組共有192例男性和183例女性,患者年齡19歲到79歲,平均(44±12.97)歲。對照組有181例男性和169例女性,年齡20至81歲,平均(45±13.01)歲。兩組一般性資料對比不存在統計學差異性,能夠進行對比分析。

② 摻氫比例為20%、餐廳門開啟條件下：點火位置不同，相同監測點爆炸壓力差別較大。

③ 4種摻氫比例、中部點火條件下：餐廳門關閉狀態餐廳門外4 m處監測點爆炸壓力峰值明顯高于餐廳門開啟狀態。

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