化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究绪论第2页
与防治领域；重视在工程设计、评估与管理中引入基础研究成果。重大爆炸灾害计算机模拟评价及防灾决策支持系统的研究是现代大型化工装置、高能连续装置安全平稳运行的客观需要，并已经成为安全技术及工程学科领域的前沿课题。2国外研究现状与进展在国外，由于发达国家工业化进程较早，加之以强大的经济作后盾，因此发达国家与工业安全相关的各项法律、制度及管理规定等制度体系都比较完善，而在灾害风险评估、灾害防治理论研究及工程技术开发方面也是遥遥领先。如在灾害危险评价方法研究方面，美国dow化学公司于1964年开发了dow火灾、爆炸指数法，至今已发展更新至第七版；英国帝国化学公司于1974年在dow火灾、爆炸指数法的基础上开发了icimond法，可用于工厂火灾、爆炸及毒性危险性评估；日本学者提出的化学工厂六阶段安全评价法及概率风险评价法；美国rasmussen教授领导的科研人员于1974年第一次成功估计美国商用核电站潜在事故对社会造成的危害所应用的事件树（eta）和故障树（fta）分析法等。随着石化、兵工等企业的生产规模越来越大，火灾、爆炸、泄漏等重大事故的发生频率增加，且所导致的危害也越来越大，引起了国际社会的广泛关注。英国卫生与安全委员会设立了重大危险源咨询委员会—进行重大危险源辨识、评价技术研究；美国于1985年出版了《危险性评价方法指南》；欧盟共同体于1982年颁发了《工业活动中重大事故隐患的指示》；1992年国际劳工组织（ilo）第79界会议专门讨论了预防重大工业灾害的问题；在国际劳工组织的支持下，许多国家也相继建立了重大危险源控制系统。最近十年来，国外在理论研究基础上，还开发了不少危险评价软件包，并投入运行，如英国technica公司开发的safeti软件包、荷兰咨询科学家公司开发的saveii软件包等。
2.1蒸气云爆炸国外研究进展国外自20世纪60年代就开始了有关的研究工作，90年代，欧洲建立了气云爆炸模型和实验研究工程（modellingandeperimentalresearchintogaseplosions，简称merge），由荷兰、挪威、英国、德国和法国的七个著名研究机构组成联合体从事这项研究，俄国的国家防火科学研究中心也从事此领域的有关研究工作。有许多文献报道了对蒸气云爆炸进行的相关研究工作，例如j.a.davenport在文献中归纳了国外近几十年来发生的蒸气云爆炸事故案例详细数据。j.h.pickles，s.h.bittleston提出了蒸气云爆炸的火焰速度和爆炸超压的空间三维时间模型。
为了研究蒸气云的爆炸机理，尤其是障碍物和约束边界条件对燃烧转爆轰的影响，国外科研人员进行了大量的实验室研究和野外实验研究。开展的实验研究包括：（1）无约束气云爆炸实验。研究者进行了球形、半球性和圆盘形气云爆炸实验，实验直径从40mm到20m。（2）气云内有障碍物时的爆炸实验。研究者以管束、管架和丝网为障碍物进行了一系列气云爆炸实验[3]。（3）气云周围有约束时气云爆炸实验。研究者在气云的周围设置了挡板，使气云只能按一个或两个方向传播[4]。（4）不同可燃气体种类气云爆炸实验。研究者以甲烷-空气、丙烷-空气、乙烯-空气和乙炔-空气为介质进行了气云爆炸实验[5]。其中lind于1975年、lind和whitson于1977年、moen于1982年、wingerden和dauwe于1983年、harrison和eyre[30]于1986年进行的实验具有代表性，他们的实验物质为甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丁烯、乙炔、天然气或环氧乙烷与空气形成的等化学当量比混合气体，最大实验混合气体量达到4000立方米。美国的dr.michaelc.parnarouskis,lcdrmichaelw.taylor,dr.c.d.lind,dr.phanip.k.raj,dr.j.m.cece等人为了研究了解液化天然气（lng）泄漏到大气中的后果，于1973年开始蒸气云爆炸的五个阶段多因素条件下实验研究。
在实验研究的同时，还进行了大量的理论研究工作。（1）tnt当量法研究。蒸气云爆炸的系统研究开始于本世纪七十年代，在此之前，人们一直用tnt当量法来估计和预测蒸气云爆炸事故的严重度。由于蒸气云爆炸事故的严重性以及tnt当量法存在的缺点，国外于七十年代较全面地开展了蒸气云爆炸的研究工作。例如：出于安全运输和储存液化天然气的需要，bull和elsworth于1977年、benedick于1979年分别测得了等化学当量比燃料—空气混合物的临界起爆能。其中r.a.strehlow,r.t.luckritz,a.a.adamcyz和s.s.shimpi于1979年提出了球形火焰模型，荷兰应用科学研究院于八十年代初提出了半球形模型。（2）多能模型研究。vandenberg,b.j.wiekema,c.j.m.vanwingerden和g.opschoor于八十年代中期提出的多能法(multi-energymethod)是蒸气云爆炸模型的典型代表。（3）自相似理论。为了能在理论上有所突破，kuhl等人对球形气云爆炸进行了简化处理[7]。既不考虑点火的瞬间火焰加速过程，也不考虑火焰熄灭后的压力波衰减过程，而只研究火焰以恒速稳定传播的情况，这样，球形气云的爆炸过程就相当于一个渗透性假想球形活塞的运动过程。自相似理论只能适用于火焰稳定传播的情况，与实际的差距比较大。（4）数值模拟方法。利用气体动力学方程、燃烧方程和湍流方程构成描述气云爆炸过程的方程组，然后通过一系列假设进行简化，使之变成易于求解的形式，再利用有限元法或有限差分法进行求解。例如esim、flacs、reagas及cobra，但至今未获得理想的结果。
2.2沸腾液体扩展蒸气爆炸国外研究进展从70年代开始，美国、英国、德国和加拿大等一些工业发达的国家就对液化气的安全运输与储存问题进行了研究，80年代后期，其研究更加广泛和深入，并于1984，1986，1990年先后召开了3次学术会议（internationalconferenceonmajorhazardousinthetransportationandstorageofplgs）,专门讨论了其安全技术方面的研究情况。1990年5月比利时召开的“传热与主要技术危害”（heattransferandmajortechnologicalhazards）的欧洲会议上把处于火焰包围和火焰喷射环境下的液化气容器的火灾爆炸事故研究作为当今世界技术危害的重大课题。各国相继对此开展了积极的研究，其研究成果在美国杂志“journalofhazardousmaterials”中进行了相对集中的报道。
实验研究。1973年至1975年，美国铁路协会和联邦铁路局资助进行了液化气铁路罐车在火焰包围下的爆炸实验，并对爆炸碎片做了金相分析。1986年英国能源部和交通部联合进行了大型列车高压罐火焰包围下的爆炸实验。1985年英国健康与安全行政署对2个0.25吨和3个1吨的液化气罐在火焰包围下进行实验测试，并于1988年和英国壳体研究所（instituteofshellresearch）合作进行了一个5吨液化气罐在火焰包围环境下的实验研究，通过一系列实验测取了大量实验数据，了解到液化气罐内蒸气区和液体区的温度、压力和罐壁温度等参数的变化情况。自1980年以来，加拿大交通部与本国几所大学合作，已经进行了并仍在继续进行一系列的高压液化气罐燃烧爆炸实验，实验中使用了火焰包围（池火）和火焰喷射（火炬）等不同的加热方式，研究了外部加热条件、储罐几何形状尺寸、工质成分、机械损伤和减压阀状态等诸方面因素对储罐爆炸的影响，观测了爆炸火球、抛射物和喷射物的危害程度，这些实验中，queen’s大学进行的实验规模最大，所涉及的研究对象最多，newbrunswick大学和mcgill大学进行了一些中小规模的实验。
数值模拟研究。1987年，英国壳体研究所开发了heat-up模型，该模型建立在对容量为0.25吨，1吨和5吨的液化气容器于火焰包围环境下的实验研究之基础上，可成功地预测安全阀的开启时间，容器内液体和蒸气的平均温度。1984年至1987年英国健康与安全行政署相继开发了engulf-i和engulf-ii模型，前者只模拟了装有部分碳氢化合物的矩形容器被火焰包围时其容器内的热响应过程，后者可模拟火焰均匀包围或非均匀包围、火焰喷射或远距离辐射等环境下的水平圆柱形容器内的热响应过程，可对容器外壁加装水冷却或隔热层等保护效果进行预测。加拿大新不伦瑞克大学火焰科学中心自1982年至今相继开发了plgs-1，plgs-2和plgs-3模型，其中plgs-1和plgs-2两种模型都只模拟水平圆柱体容器被火焰均匀包围环境下容器内的物理响应过程，模型中考虑了容器内边界层从自然对流到沸腾全过程，以及蒸汽区与过冷液体区间的分层区，能较好地模拟出安全阀第一次打开之前容器内的全过程。此外，p.kourneta和iliomas等人在研究液化气物理性质随温度变化规律后提出了进一步考虑该因素的domino模型。加拿大金斯顿大学的a.m.birk提出了进一步考虑容器被滚动或抛掷这一因素的tctcm模型。
事故机理研究。研究认为液体存在一个可以达到的过热界限，当液化气容器的阀门打开或存在裂缝及小孔时，容器内突然降压，液体就会达到此过热界限而发生剧烈沸腾，最终导致爆炸。
同时，国外许多文献报道了bleve方面的研究工作。例如richardw.prugh在一篇文献中进行了bleve爆炸事故机理和预防措施，并提出了一些定量模型。his-jenchen,mann-hsinglin,fu-yuanchao在一篇文献中进行了bleve环境下的容器热响应问题研究，提出了热响应模型。
文献中报道的沸腾液体扩展蒸气云爆炸模型有国际劳工组织提出的非点源ilo模型；h.r.greenberg和j.j.cramer提出的点源模型以及a.f.roberts模型。
其中荷兰环境科学研究所进行了沸腾液体扩展蒸气爆炸研究，并研制开发了“modelingtheeffectsofaccidentalreleaseofhazardoussubstances”软件系统（4.0版）。thermalhazardslaboratory,queen’suniversityatkingston在加拿大交