[发明专利]一种工业管道出口处爆炸气流冲量致伤评估方法

说明书

本发明涉及一种工业管道出口处爆炸气流冲量致伤评估方法，该方法基于工业管道特点搭建实验室闭口管道模型并通过实验测试爆炸压力、气流速度、温度；使用FLACS爆炸模拟软件建立相同闭口管道模型，进行数值模拟，与实验所测数据对比，验证数值模拟的准确性；通过修改管道模型封口参数，得到基于工业管道的开口模型，进而获取爆炸管道开口端位置在爆炸过程中压力、气流速度、温度及其分布情况；通过蒙特卡罗模拟结合冲量及热通量计算公式，分析管道开口处爆炸气流冲量致伤风险及其概率分布；量化工业管道开口处人员操作区域的爆炸气流冲量致伤风险，针对该区域设计吸能装置，吸收潜在爆炸事故气流能量，降低爆炸对人员造成的伤害。

技术领域

本发明涉及风险预测技术领域，尤其是一种基于实验测试和FLACS模拟的工业管道出口处爆炸气流冲量致伤评估方法，可为工业气体、粉尘管道的防爆抑爆措施提供依据。

背景技术

工业生产管道爆炸风险的降低，对保护人员安全起着十分重要的作用。现有爆炸风险模拟技术已较为成熟，但这些模拟技术大多是以爆炸事故对周围环境的影响程度及范围进行表征，缺少对开口管道爆炸实验测试数据及针对爆炸能量与人员交互时的能量分布研究及定量分析，不能较好地分析管道开口处爆炸气流冲量造成的致伤风险及其概率分布，难以对工业管道开口处人员操作区域的爆炸气流冲量带来的致伤风险进行量化分析，另外对爆炸时管道出口处潜在的爆炸事故气流能量不能有效吸收，难以及时预防爆炸对人员造成的伤害。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种基于FLACS数值模拟及动量计算的工业管道出口处爆炸气流冲量致伤风险评估方法，以分析管道出口处爆炸气流冲量致伤风险及其概率分布并加以量化分析，降低爆炸对作业人员造成的伤害风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种工业管道出口处爆炸气流冲量致伤评估方法，包括以下步骤：

S1：实验测试闭口管道爆炸气流特性参数：结合工业管道特点和涉爆物质参数，搭建相应的实验室管道模型，选取相应的爆炸介质，对工业生产过程中涉爆物质的管道爆炸事故进行实验测试，获取该涉爆物质管道爆炸压力、气流传播速度及温度，与数值模拟数据进行比对验证；

S2：数值模拟实验相同闭口管道的爆炸气流特征参数：依据工业实际以及实验数据，设置管道数据、爆炸介质以及实验环境信息，运用FLACS软件建模功能建立管道的三维模型；数值模拟管道爆炸事故，获取管道中各位置压力、气流速度及温度变化情况，与实验数据对比验证模型精确度；

S3：数值开口管道的爆炸气流特征参数：基于工业管道特点，修改管道封口端参数，得到开口管道模型；数值模拟管道爆炸事故，获取管道开口处各位置压力、气流速度、温度及其动态分布数据；

S4：量化管道末端开口处的爆炸气流冲量致伤风险：采用蒙特卡罗模拟方法结合冲量计算公式以及热通量计算公式，进而得到爆炸管道末端开口处的爆炸气流冲量致伤风险值及其概率分布；

S5：管道开口端人员操作区域吸能装置：基于工业管道特点，量化管道开口端人员操作区域的致伤风险；根据人员操作区域的致伤风险，设置吸能装置，吸能材料选择纳米流体吸能材料。

具体说，步骤S4中，所述的爆炸气流冲量致伤风险量化包括：采用蒙特卡罗模拟方法结合冲量计算公式以及高温气流热辐射通量计算公式，进而得到爆炸管道末端开口处的爆炸气流冲量致伤风险值及其概率分布，具体包括：

选择人员距管道末端开口位置，输出该位置冲击波压力，通过冲击波冲量公式计算该区域气流动能变化：

其中，I为爆炸冲量，单位为Pa/s；t₁、t₂为爆炸过程中冲击波传播时长，单位为s；P_i(t)为在距离点火源不同位置的在t时刻的爆炸压力；i为监测点距离管道开口处的长度，单位为m；