扇形水幕抑制重气扩散的实验研究

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随着石油工业及化工业的日益发达,对于危险化学品的使用越来越广泛,这些危险化学品包括了易燃易爆有毒的气体、液体及固体。当这些危险化学品发生火灾爆炸后能燃烧或者挥发出有毒重气。这些有毒的重气由于自身的密度较大在受到重力作用下会向下沉降积聚形成重气云团,沿地表扩散,往往造成了更多的伤亡并使得救援难度大大增加。在各种防护措施中,水幕作为最经济、有效、环保的方式长期以来一直被学者重点研究,但如何能针对不同的泄漏状况快速布置水幕以便让水幕达到最佳的稀释效果,这就要借助无量纲参数的研究。  本文以二氧化碳为实验对象先从水幕对非水溶性重气的稀释机理方面进行了分析。研究发现水幕稀释抑制重气扩散的机理主要有屏障阻挡及机械作用、空气卷吸、热交换还有物理吸收和化学吸收。然后对水幕的稀释效果影响因素进行了研究,得出水幕稀释效果的印象因素有环境因素(主要为风速)、泄漏源参数及水幕参数,各影响因素具体在本文第二章有详尽的叙述。通过研究各影响因素从而推出了无量纲准数及水幕的稀释效率。无量纲准数的提出主要是为了将实验研究应用于实践领域,用于指导快速高效的地设置水幕。定义了无量纲流量及无量纲距离这两个无量纲准数,无量纲距离(Ω)定义为泄漏源高度与泄漏源距水幕距离的比;无量纲流量定义为水幕流量与二氧化碳泄漏量比。实验表明不同Ω值的确会对水幕稀释二氧化碳产生影响,当泄漏源距水幕距离为lm时,Ω值为0.6的时候能达到最佳的稀释效果;当泄漏源距水幕的距离为3m时,二氧化碳浓度随着无量纲数先减后增,在Ω=0.4的时候二氧化碳浓度达到了最小值,由此可以看出在这一Ω的值的时候能达到最佳稀释效果。当无量纲数K相同时,测试点处二氧化碳浓度随着二氧化碳泄漏量的值的增大而增大。通过研究可以得出当水幕的泄漏量近似等于泄漏重气的泄漏量时,此时的水幕能发挥最好的功效能有效的稀释和抑制重气的扩散。最后在对无量纲的研究提出了详尽的水幕设置指南,包括了解了泄漏参数后如何更有效的设置水幕,也是无量纲准数提出的意义,也是研究无量纲准数的出发点。
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