一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法及系统，该方法包括：构建铝粉爆炸峰值超压预测模型；获取预测对象的空间尺寸及泄爆面尺寸；根据所述空间尺寸及泄爆面尺寸，计算约束空间的泄放系数；将所述泄放系数，输入到所述铝粉爆炸峰值超压预测模型，得到约束空间内铝粉爆炸最大峰值超压预测值，及，约束空间外铝粉爆炸最大峰值超压预测值。本发明专利技术提供的技术方案，通过构建铝粉爆炸峰值超压预测模型，利用数值方法开展研究并获得约束空间内不同泄爆面尺寸对室内铝粉爆炸峰值超压的影响规律，建立起泄爆面尺寸与约束空间内外铝粉爆炸峰值超压之间的定量关系，从而实现了爆炸超压灾害的快速准确预测和评估。

【技术实现步骤摘要】
一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法及系统
本专利技术涉及危险品预测
，具体涉及一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法及系统。
技术介绍
近年来，国内外铝工业迅速发展，与此同时，涉铝粉生产活动中所暴露出的事故隐患也逐渐增多。铝粉尘爆炸事故频发，不仅造成了大量人员伤亡和经济损失，而且给社会和企业发展带来了严重的负面影响。因此，关于涉铝粉大尺度建筑物场所的爆炸灾害预防、控制和减缓研究显得尤为重要。当大尺度建筑物内发生铝粉爆炸时，爆炸冲击波、火焰会经建筑门窗、屋顶等轻质结构向室外泄放，形成约束泄爆过程。粉尘爆炸产生的冲击波超压是导致人员伤亡和建筑结构破坏的主要原因。而大尺度建筑物内铝粉约束爆炸灾害效应会受到多方面因素的影响，如泄爆面特征参数(泄爆面积，开启压力)、粉尘浓度、点火源位置等。不同的爆炸影响因素相互耦合，不仅加剧了爆炸灾害的复杂性和严重性，也为铝粉爆炸事故现场救援和灾后评估带来了挑战。在粉尘爆炸的各项影响因素中泄爆面积对粉尘爆炸流场和灾害结果的影响尤其显著。虽然国内外相应标准对泄爆面积的确定进行了量化，但该标准适用范围有限，而工厂大尺度建筑物结构复杂，泄爆面积对爆炸超压的影响更加难以掌握，从而进一步增加了铝粉爆炸结果预测的难度。因此，准确把握泄爆面积等主要因素对铝粉爆炸超压的影响规律，建立大尺度建筑物铝粉爆炸超压预测模型，对快速准确的实现可燃金属粉尘爆炸事故的灾前预测和和灾后评估都具有重要的意义。峰值超压是评估铝粉爆炸超压灾害强度的核心指标。大量的文献资料也阐明了泄爆面积对室内粉尘爆炸峰值超压的影响规律。研究发现，泄爆面积越大，则室内粉尘爆炸峰值超压越小，而泄爆口外峰值超压则越大。然而，由于大尺度受限空间内金属粉尘爆炸实验危险系数高，操作难度大，使得大尺度受限空间内铝粉爆炸峰值超压的相关数据不够全面，没有建立起峰值超压与泄爆面积之间的定量关系，且目前尚缺少适合于铝粉爆炸峰值超压的快速预测方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法及系统，以建立充分考虑泄爆面尺寸影响条件下的大尺度室内铝粉爆炸峰值超压预测方法。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法，包括：构建铝粉爆炸峰值超压预测模型；获取预测对象的空间尺寸及泄爆面尺寸；根据所述空间尺寸及泄爆面尺寸，计算约束空间的泄放系数；将所述泄放系数，输入到所述铝粉爆炸峰值超压预测模型，得到约束空间内铝粉爆炸最大峰值超压预测值，及，约束空间外铝粉爆炸最大峰值超压预测值。优选地，所述构建铝粉爆炸峰值超压预测模型，包括：根据预测和评估要求，构建预设尺寸的约束空间，所述约束空间内设有泄爆面；调整所述泄爆面的尺寸，计算不同泄爆面的面积下的泄放系数；确定所述约束空间内及所述约束空间外，峰值超压的测试点；测试不同泄放系数下，各测试点的峰值超压；对任一泄放系数，从该泄放系数对应的所有峰值超压中，找出约束空间内最大峰值超压，及，约束空间外最大峰值超压，然后遍历所有泄放系数；根据所述泄放系数及最大峰值超压的对应关系，确定出约束空间内最大峰值超压关于泄放系数的函数表达式，及，约束空间外最大峰值超压关于泄放系数的函数表达式。优选地，所述测试不同泄放系数下，各测试点的峰值超压，具体为：利用粉尘爆炸仿真软件ANSYS-Fluent，模拟预设尺寸的约束空间内铝粉爆炸泄放，并通过所述仿真软件ANSYS-Fluent得到不同泄放系数下，各测试点的峰值超压。优选地，所述约束空间内设有泄爆面，具体为：所述约束空间一面墙体开设有一个方形泄爆口，泄爆面位于墙体的几何中心位置，泄爆面可在约束空间内压力达到设定静开启压力时自动打开，泄爆面静开启压力为0.01MPa。优选地，所述方法，还包括：将约束空间外部计算区域沿泄爆口方向扩展至约束空间长度的4倍，并将扩展后的计算区域边界条件设为压力排气口，以研究铝粉爆炸泄放对约束空间外部空间的影响。优选地，所述所有测点均位于泄爆口中心线上。优选地，利用粉尘爆炸仿真软件ANSYS-Fluent，模拟的铝粉质量浓度为500g/m3。优选地，所述计算不同泄爆面的面积下的泄放系数，具体为：根据约束空间的尺寸：长A1、宽B1、高H1，计算泄爆面所在墙面面积Ap，Ap＝A1×H1或B1×H1；根据泄爆面的尺寸：宽B2、高H2，计算泄爆面的泄爆面积Av，Av＝B2×H2；根据泄爆面的泄爆面积Av和泄爆面所在墙面面积Ap，计算泄放系数Kv，Kv＝Av/Ap。优选地，所述确定出约束空间内最大峰值超压关于泄放系数的函数表达式，及，约束空间外最大峰值超压关于泄放系数的函数表达式，具体为：通过对泄放系数与约束空间内最大峰值超压数据进行非线性拟合，得到约束空间内最大峰值超压关于泄放系数的函数表达式；和/或，通过对泄放系数与约束空间外最大峰值超压数据进行非线性拟合，得到约束空间外最大峰值超压关于泄放系数的函数表达式。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种约束空间内铝粉爆炸超压预测系统，包括：构建模块，用于构建铝粉爆炸峰值超压预测模型；获取模块，用于获取预测对象的空间尺寸及泄爆面尺寸；计算模块，用于根据所述空间尺寸及泄爆面尺寸，计算约束空间的泄放系数；预测模块，用于将所述泄放系数，输入到所述铝粉爆炸峰值超压预测模型，得到约束空间内铝粉爆炸最大峰值超压预测值，及，约束空间外铝粉爆炸最大峰值超压预测值。本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过构建铝粉爆炸峰值超压预测模型，利用数值方法开展研究并获得约束空间内不同泄爆面尺寸对室内铝粉爆炸峰值超压的影响规律，建立起泄爆面尺寸与约束空间内外铝粉爆炸峰值超压之间的定量关系，从而实现了爆炸超压灾害的快速准确预测和评估。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据一示例性实施例示出的一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法的流程图；图2是根据另一示例性实施例示出的一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法所采用的物理模型及各测点布置示意图；图3是根据一示例性实施例示出的铝粉爆炸峰值超压随轴向距离变化的曲线图；图4是根据一示例性实施例示出的室内、室外铝粉爆炸最大峰值超压随泄放系数变化的曲线图；图5是根据一示例性实施例示出的一种约束空间内铝粉爆炸超压预测系统的示意框图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法，其特征在于，包括：/n构建铝粉爆炸峰值超压预测模型；/n获取预测对象的空间尺寸及泄爆面尺寸；/n根据所述空间尺寸及泄爆面尺寸，计算约束空间的泄放系数；/n将所述泄放系数，输入到所述铝粉爆炸峰值超压预测模型，得到约束空间内铝粉爆炸最大峰值超压预测值，及，约束空间外铝粉爆炸最大峰值超压预测值。/n

【技术特征摘要】
1.一种约束空间内铝粉爆炸超压预测方法，其特征在于，包括：
构建铝粉爆炸峰值超压预测模型；
获取预测对象的空间尺寸及泄爆面尺寸；
根据所述空间尺寸及泄爆面尺寸，计算约束空间的泄放系数；
将所述泄放系数，输入到所述铝粉爆炸峰值超压预测模型，得到约束空间内铝粉爆炸最大峰值超压预测值，及，约束空间外铝粉爆炸最大峰值超压预测值。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建铝粉爆炸峰值超压预测模型，包括：
根据预测和评估要求，构建预设尺寸的约束空间，所述约束空间内设有泄爆面；
调整所述泄爆面的尺寸，计算不同泄爆面的面积下的泄放系数；
确定所述约束空间内及所述约束空间外，峰值超压的测试点；
测试不同泄放系数下，各测试点的峰值超压；
对任一泄放系数，从该泄放系数对应的所有峰值超压中，找出约束空间内最大峰值超压，及，约束空间外最大峰值超压，然后遍历所有泄放系数；
根据所述泄放系数及最大峰值超压的对应关系，确定出约束空间内最大峰值超压关于泄放系数的函数表达式，及，约束空间外最大峰值超压关于泄放系数的函数表达式。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测试不同泄放系数下，各测试点的峰值超压，具体为：
利用粉尘爆炸仿真软件ANSYS-Fluent，模拟预设尺寸的约束空间内铝粉爆炸泄放，并通过所述仿真软件ANSYS-Fluent得到不同泄放系数下，各测试点的峰值超压。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述约束空间内设有泄爆面，具体为：
所述约束空间一面墙体开设有一个方形泄爆口，泄爆面位于墙体的几何中心位置，泄爆面可在约束空间内压力达到设定静开启压力时自动打开，泄爆面静开启压力为0.01MPa。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
将约束空间外部计...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，陈彦斌，庞磊，吕鹏飞，孙思衡，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京;11