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1、第6卷第2期中国安全科学学报Vol.6No.21996年4月ChinaSafetyScienceJournalApr.1996X热辐射的破坏准则和池火灾的破坏半径XXXXXXXXX33333宇德明冯长根曾庆轩郭薪亚(北京理工大学力学工程系)【摘要】热辐射破坏是发生在开放气环境中的池火灾的主要破坏机理。本文讨论了热辐射的破坏准则,提出预测池火灾破坏半径的方法,进行了数值模拟计算,分而和时纳了池火灾的基本规律。【关键词】池火灾热辐射破坏准则数值模拟破坏半径预测模型1前言〔1〕池火灾(POOLFIRE)是一类以可ö易燃液体为燃料
2、的火灾,常见于石油、化工等行业。油井火灾、油罐火灾等都是池火灾的例子。池火灾的破坏(包括对人员的伤害)机理和破坏作用大小与它发生的具体环境有关,本文只考虑池火灾发生在空气供应充足的开放空气环境中。在〔1〕这种情况下,池火灾的主要破坏机理是热辐射。预测池火灾的破坏半径对于油罐区的合理设计和布局、预防和减轻可能的事故损失具有重要意义。预测池火灾的破坏半径必须知道热辐射的破坏准则和破坏半径的算法。2热辐射的破坏准则在热辐射的作用下,目标可能被破坏。这里的目标指可能被烧坏的任何客体,如人员、炸药、推进剂、建筑物、木材或其他任何结构
3、。[2]常见的热破坏准则可以归纳为:热通量准则、热强度准则、热通量～热强度准则、热通量～时间准则和热强度～时间准则。热通量是指单位时间、单位面积发射或接受的热能。热强度是热通量与热通量作用时间的乘积。由于文献中通常用q表示热通量、用Q表示热强度,用t表示热辐射作用时间、所以热通量准则又被称为q准则,热强度准则又被称为Q准则。热通量～热强度准则又被称为q～Q淮则、热通量～时间准则又被称为q～t准则,热强度～时间准则又被称为Q～t准则。由于热通量、热强度、热辐射作用时间中知道任意两个变量就可以计算出第三个变量,所以热通量～热强
4、度准则、热通量～时间准则、热强度～时间准则是完全等价的。因此,只需讨论热通量准则、热强度准则和热通量～热强度准则。X国家“八五”科技攻关项目资助课题XX博士生XXX教授XXXX博士生33333工程师中国安全科学学报第六卷·6·ChinaSafetyScienceJournal1996年211热通量准则热通量准则,以热通量作为衡量目标是否被破坏的唯一参数,当目标接受到的热通量大于或等于引起目标破坏所需的临界热通量时,目标被破坏;否则,目标不被破坏。热通量准则的适[2]用范围为:热通量作用的时间比目标达到热平衡所需要的时间长。
5、热通量准则的关键是确定热通量的临界值。在稳态火灾(指在较长时间内能够比较稳定2地燃烧的火灾)的作用下,引起加工设备破坏所需的临界热通量为37.5kWöm,引燃木材的临22[1]界热通量为25kWöm,熔化塑料管的临界热通量为12.5kWöm。212热强度准则热强度准则以目标接收到的热强度作为目标是否被破坏的唯一参数,当目标接收到的热强度大于或等于目标破坏的临界热强度时、目标被破坏;否则,目标不被破坏。热强度准则的适[2]用范围为:作用于目标的热通量持续时间非常短、以至于目标接收到的热量来不及散失掉。在瞬态火灾(指持续时间很
6、短的火灾)的作用下,人员三度烧伤、二度烧伤、一度烧伤、引起2222[1]皮肤疼痛所需的临界热强度分别为375kJöm、250kJöm,125kJöm,65kJöm烧伤程度用下[3]面的方法来确定:如果皮肤外表皮下h(mm)深处的温度高出人体体温9K,则h<0.12时为一度烧伤;0.12≤h<2时为二度烧伤;h≥2时为三度烧伤。这里应用了热强度准则。213热通量～热强度准则当热通量准则或热强度准则的适用条件均不具备时、应该使用热通量～热强度准则。热通量～热强度准则认为,目标能否被破坏不能由热通量或热强度一个参数决定,而必须由
7、它们的组合来决定。如果以热通量q和热强度Q分别作为纵坐标和横坐标,那么,目标破坏的临界状态对应q～Q平面有一条临界曲线,如图1所示。曲线的右上方为破坏区,左下方为不破坏区,Q=Qcr和q=qcr分别为渐近线、分别对应热强度准则中的临界热强度和热通量准则中的临图1热辐射破坏的q～Q图界热通量。因此,热通量准则和热强度准则都是热通量～热强度准则的极限情况。临界热通量的公式为q=qcr(1)下面介绍两个利用q～t准则(与q～Q准则相当)的例子。文献[4]用下面的比率方程来确定热射对人员的伤害程度:4ö3皮肤裸露时的死亡几率:Pr
8、=-36.38+2.56ln(t(1000q))(la)4ö3有衣服保扩时的研亡吐率:Pr=-37.23+2.56ln(t(l000q))(lb)4ö3二度烧伤几率:Pr=-43.14+3.0188ln(t(1000q))(lc)4ö3一烧几率:Pr=-39.83+3.0186ln(t(l000q))(
