[发明专利]一种考虑方向性的管道物理爆炸冲击波超压计算方法有效

专利信息
申请号: 202110409237.5 申请日: 2021-04-16
公开(公告)号: CN113139285B 公开(公告)日: 2022-04-05
发明(设计)人: 杜洋;周凡;郑津洋;任轶;王超杰 申请(专利权)人: 中国石油大学(华东)
主分类号: G06F30/20 分类号: G06F30/20;G01N33/22;G06F119/14
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 贾玉霞
地址: 266580 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 考虑 方向性 管道 物理 爆炸 冲击波 计算方法
【说明书】:

发明公开一种考虑方向性的管道物理爆炸冲击波超压计算方法,该方法首先假定管道内长度为kD、直径为D的圆柱体的压缩气体提供了物理爆炸形成冲击波的能量,通过公式计算管道物理爆炸能量,接着计算目标位置距离爆炸中心的无量纲距离,并通过Baker‑Tang压力容器物理爆炸超压‑距离关系图得到目标位置对应的理想无量纲超压,然后计算实际无量纲超压,进而得到目标位置的实际冲击波超压。该方法给出了定量的爆炸冲击波超压的计算方法,且计算结果准确。

技术领域

管道广泛应用于过程工业,管道物理爆炸指由于内部超压或管道本身强度下降,管道发生迅速破裂,内部高压气体从管道破裂处剧烈向外释放,进而压缩外部空气形成冲击波向外传播的过程。管道物理爆炸的危害因素主要有冲击波、碎片和热辐射,这其中冲击波造成的危害往往最为严重、影响范围也最广。故对管道物理爆炸后果的评估主要是计算其产生冲击波超压在空间的大小分布。

背景技术

目前管道物理爆炸超压的计算方法有两类:①理论方法;②数值模拟方法。理论方法首先根据假定的气体膨胀过程(等熵过程、绝热过程等)计算物理爆炸的能量,之后根据TNT当量法或相关学者提出的压力容器物理爆炸超压-距离关系图计算获得超压在空间的大小分布。理论方法目前存在两方面问题:一方面并不是管道内所有气体的压缩能都用于了外部冲击波的形成,即计算管道物理爆炸能量时应选取破口附近一定体积的气体,至于究竟是多大的体积,目前还缺乏一致的认识与规定;另一方面,现有TNT当量法或物理爆炸超压-关系图给出的数据均是针对理想爆源爆炸产生的球形冲击波,而管道物理爆炸产生的冲击波超压分布具有明显的方向性,现有方法在应用于管道物理爆炸超压计算时应进行怎样的适配,不同方位的冲击波超压间存在何种大小关系,在计算超压时又应该如何考虑,目前缺乏相应的方法。

对于数值模拟方法,其可以对冲击波超压进行更为准确的计算,但其实施成本较高,对人员专业水平要求较高,并且计算结果会受湍流模型选取、网格尺寸等影响,在具体实施前往往需要对模型进行验证,实施周期长,不如理论方法简便易行。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明提出一种考虑方向性的管道物理爆炸冲击波超压计算方法,该方法对管道爆炸冲击波超压在空间分布的方向性建立相应的定量描述模型,给出不同方位目标无量纲超压的计算公式,明确管道物理爆炸所释放气体压缩能的计算方法,给出管道物理爆炸能量计算时有效气体体积大小的明确规定。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现:

一种考虑方向性的管道物理爆炸冲击波超压计算方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:

S1:假定管道内长度为kD、直径为D的圆柱体的压缩气体提供了物理爆炸形成冲击波的能量,根据下式计算管道物理爆炸能量

其中,D为管道内直径,p为管道发生物理爆炸时的内部压力,γ为爆炸气体的绝热指数,p0为当地大气压力;

S2:管道物理爆炸形成冲击波超压的等值面近似为椭球形,以管道爆炸中心为原点O建立坐标系,定义X轴指向管道轴向,Z轴指向管道爆炸破口气体喷射方向,Y轴与X轴和Z轴垂直;以球坐标表示目标位置,其中,R为目标位置距离原点O的距离,θ为目标位置与原点O的连线与Z轴正方向的夹角,为目标位置与原点的连线在XOY平面的投影与X轴正方向的夹角;

S3:计算管道物理爆炸前内部压力与大气压力的比值p/p0,以及采用下式计算目标位置距离爆炸中心的无量纲距离

S4:根据p/p0比值在Baker-Tang压力容器物理爆炸超压-距离关系图中选取相应曲线,再根据目标的无量纲距离读取目标位置对应的理想无量纲超压

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