隧道内易燃液体液气两相耦合爆燃机理及火焰传播特性研究

The deflagration due to the leakage of the flammable liquid in tunnel occurred frequently and caused heavy casualties and property losses. In addition, the deflagration affected by the coupled effect because of the leakage and evaporation of the flammable liquid, the diffusion of flammable vapor due to the effect of the internal airflow field, and the constraint of the tubular boundary condition of tunnel, which results in that it displays obviously different characteristic from flammable gas. . In this project, the theoretical and mathematical model of the coupling relationship between the above three factors and the critical state and the flame propagation model of deflagration aim to be built to reveal the generation mechanisms of the deflagration and the flame propagation characteristics. The critical state and influence parameters of deflagration, the time-space distribution characteristics of the flammable vapor in the arch constrained space formed by the coupling of gas and liquid after the leaking and flowing of the flammable liquid in narrow and long tunnel aim to be researched. Moreover, the influence mechanisms of the flammable vapor deflagration condition and intensity due to the evaporation capability and the combustibility of the flammable liquid and the leaking amount and the flowing area and characteristic aim to be investigated. Furthermore, the interaction mechanisms between the shock and combustion wave caused by flammable vapor explosion and the flowing fire, the acceleration action of the gas liquid two-phase flame propagation due to the arch wall of tunnel and the internal obstacle aim to be studied. Depending on the above studies, the theoretical model and the computing method of the deflagration process of the flammable liquid in tunnel aim to be obtained to provide the basis for preventing and rescuing.

隧道内易燃液体泄漏而发生爆燃的事故频发，造成了大量人员伤亡与财产损失，此类爆燃受易燃液体泄漏及流淌蒸发、内部风流场作用下可燃蒸气的扩散蔓延及隧道管状边界条件约束的共同耦合作用，具有与可燃气体爆燃明显不同的特性。. 本项目拟揭示该类型爆燃的产生机理及行为特征，建立能描述上述三者与爆燃临界态及火焰传播模式间的耦合关系理论与数学模型。研究易燃液体泄漏流淌后，液气两相耦合控制形成的可燃蒸气在隧道狭长管状受限空间内的时空分布特征以及发生爆燃的临界态和关键影响参数。研究隧道内易燃液体的蒸发性能、燃烧性能以及泄漏液化量与流淌的面积及形态特征对可燃蒸气爆燃发生条件及爆燃强度的影响机制；研究可燃蒸气爆燃引起的冲击波及燃烧波与易燃液体所形成的流淌火之间的相互作用机理，以及隧道环形壁面及内部障碍物对易燃液体液气两相火焰传播的加速机理。以期获得隧道内易燃液体爆燃过程的理论模型、计算方法，为其预防与救援提供依据。

随着我国经济的发展，铁路、公路交通运输的需求不断增加，鉴于我国的地形特征的复杂性，整个铁路、公路交通运输网中分布着大量的隧道。同时，我国石油化工行业的发展促进了其产品运输量逐年递增，然而，随之而来的是各种由于运输的可燃气体和易挥发液体泄漏、车辆追尾等引起的爆燃事故，尤其该类爆燃事故发生在隧道中时，对人员的逃生及消防救援行动构成了严重的威胁。. 课题组围绕项目研究计划，首先通过数值模拟方法研究了隧道内易燃液体泄漏流淌蒸发扩散规律，建立了耦合环境风速与障碍物特性的隧道空间甲醇蒸气扩散模型。开发了狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，通过模型试验方法研究了甲醇蒸气爆燃后冲击波传播规律及隧道内甲醇蒸汽爆燃流场特性；探究了隧道内点火源特征及燃料泄漏面积等对爆燃火焰冲击波传播特性的影响，从机理上揭示了狭长隧道空间易燃液体液气两相耦合爆燃发生的机制；还研究了障碍物位置、阻塞比、数量等对隧道内易燃液体蒸气爆燃超压火焰耦合传播特性的影响，建立了狭长受限空间内易燃特体蒸气爆燃火焰加速预测模型。同时本项目还进行了隧道内不同相态燃料火灾特性的试验与数值模拟对比研究，开展了隧道内易燃液体大面积火灾及回燃爆炸试验，初步揭示了狭长隧道空间内大面积液体火灾回燃的发生机理和临界条件。此外，开发了狭长隧道空间内可燃特体蒸气蒸发爆炸数值模拟软件，并基于流固耦合算法对地下管廊隧道结构内部燃气爆炸传播过程进行了研究，揭示了爆炸过程中流场压力波衍化传播机理以及管廊隧道的结构动力响应规律。. 项目执行期间共发表论文24篇，其中SCI收录12篇，EI收录4篇，北大中文核心期刊8篇，另有多篇SCI、EI在投审稿。授权国家发明专利2项，软件著作权2项，培养学生17人，其中10人已毕业(含博士后1名)，项目圆满完成计划内容指标。