坡度与障碍物对综合管廊燃气泄漏与爆炸影响研究

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目前国内关于城市地下空间工程的相关安全防护措施和工程设计技术研究才逐渐起步,国家虽已发布了综合管廊相关技术规范,但针对未来可能发生的事故还可以补充条例。目前已有大坡度综合管廊正在建设当中,管廊结构内诸如管线支架等障碍物也会影响燃气爆炸过程,有必要就坡度和障碍物对综合管廊内的燃气泄漏和燃气爆炸过程的影响进行相关的研究分析,以对综合管廊结构设计规范进行补充并为综合管廊的正常运营提供指导建议。本课题以长沙市高塘坪路(二期)综合管廊作为研究对象,利用CFD软件模拟不同纵向坡度情况下,燃气舱内发生小孔泄漏从正常通风到报警器响应切换事故通风的过程,分析燃气泄漏扩散的规律。同时在验证数值模型可行性及可靠性之后,利用CFD软件模拟分析有障碍物的综合管廊内燃气爆炸的相关问题。结果表明:燃气泄漏扩散方向与坡度和通风方向有关,事故通风后扩散方向与通风方向相同,距离泄漏口30 m以上扩散速度与坡度呈正相关。舱内通风状态未切换前,泄漏口下风向的甲烷气云呈半个“水母”状态分布,上风向的则呈不规则状态分布。在泄漏后10 s内不同通风方向以及不同坡度的工况均完成报警响应。通风方向相同,坡度越大报警器响应时间越短。各坡度下根据首先响应两个报警器的响应时间均可初步判断泄漏源位置。对于甲烷报警器的布置,建议坡度增大可以适当降低该侧壁报警器的布置高度。综合管廊天然气舱内预混气体被引燃后会经过层流火焰传播阶段、湍流火焰加速阶段和受冲击波振荡影响的火焰减速阶段。在舱室内甲烷-空气预混气体爆炸过程中,燃烧波会迅速提升经过途径各监测点的温度,各点火焰温度上升规律趋近一致。布置障碍物后,障碍物周围检测点温度提升的开始时间有所提前,且最大温度峰值会有所提高,在舱室内有两道障碍物时温度峰值最大,是无障碍物舱室的两倍。在其截面前后监测点的温度有明显的温度差值,差值在400K-500K之间。在无障碍物的情况下,拟布置障碍物处的超压峰值为0.69MPa;布置网状障碍物后,超压峰值有明显提升,经过在点火源单侧和双侧布置障碍物后超压峰值分别提升了62%和141%,并且超压值上升的时间也有所提前。在燃气爆炸过程中每个监测点的超压特性曲线都会出现双峰现象,随着距离点火源越来越远,每个监测点两个峰值的间隔时间差值存在先增大后减小的现象,而两个超压峰值会出现一定起伏,总体呈上升趋势。双峰出现时间差值会在距离点火源20m处达到最大,布置障碍物后会在距离点火源50m处出现两峰值最大时间差值。舱室内结构对称会明显降低两峰值最大时间差。
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