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1、池火灾模型安研622083700007顾珊珊池火灾模型分类目前池火灾模型可以分为两大类：场模型和半经验模型。场模型（通常指计算流体力学，CFD模型）运用计算流体力学中的Navier-Stokes方程控制的流体流动，同时结合描述火灾中化学及物理过程的分模型，预测火灾特性。半经验模型通过无因次关系描述池火灾的几何和辐射特点，其中的关系式由大量的实验数据得出，如果应用没有超过有效范围，可以得到合理的预测。场模型场模型是指在知道了要研究的物体的物理模型和相关的一些边界条件（环境温度、热流量、辐射温度等）和初始条件（辐射热源压力、温度、各方向的传播速度等）之后，利用各种CFD软件进行模拟计算。半经验模型
2、在危险化学品安全评价中介绍的“池火灾计算方法”主要有3个基本关系式：其中I为热辐射强度，W/；Q为总热辐射通量，W；tc为热传导系数；X为目标点到液池中心的距离，m；r为液池半径，m；h为火焰高度，m；dm/dt为单位面积燃烧速度，kg/s；为效率因子；Hc为液体燃烧热，J/kg；0为周围空气密度，kg/m；g为重力加速度，9.8m/s2。半经验模型最常用的半经验模型有三种：点源模型、Shokri-Beyler模型、Mudan模型。三种模型的基本公式点源模型点源模型假设池火焰集中在真实火焰轴线的中心点（如图1点P所示）上。热量从真实火焰的中心点出发，与点源P距离为L处的被辐射目标物接受的热辐射
3、通量即使在以池火点源P为中心，以距离为L为半径的单位面积球面在单位时间内接受的热量。点源模型点源模型采用Heskestad方程估算火焰高度。 Heskestad方程是对大量包括池火和浮力射流在内的实验数据的关联结果。Shokri-Beyler模型也采用这个方程计算火焰高度。点源模型点源模型的热辐射通量计算考虑到了被辐射目标物与池火焰点源之间的角度， 是指目标法线与点源连线的夹角。图2（a）表示的是被辐射目标垂直于地面时从水平方向接受的池火焰的热辐射通量，图2（b）表示的是被辐射目标物平行于地面时从垂直方向接受池火焰的热辐射通量。若考虑沿目标-点源连线方向的热辐射通量，则应对水平方向和垂直方向的
4、热辐射通量矢量求和。点源模型的应用点源模型考虑了近似为点源的池火焰的热释放速率、点源与被辐射目标物的距离及位置关系等方面的因素，是一个近似简化模型，适用范围：1）被辐射目标物距离池火焰较远。点源模型适用于估算距池火焰较远的被辐射目标物接受的热辐射通量的量化分析。有实验研究表明，当被辐射目标物离池火焰中心点的距离L与池火焰直径D之比大于25时，使用点源模型估算出的热辐射通量与实验结果相比误差为5%。点源模型的应用2）被辐射目标物处的热辐射通量数值较小。当应用点源模型计算出的热辐射通量小于5kwm-2时，通常认为所得的结果是可用的。Shokri-Beyler模型Shokri-Beyler模型假设池
5、火焰为具有均匀辐射能力的圆柱黑体辐射源，圆柱形辐射源的直径等于液池的直径，高度为火焰高度。Shokri-Beyler模型主要是借助火焰表面的有效热辐射通量以及被辐射目标物与池火焰间的视角系数（或称角系数、视角因子、形状因子、几何系数、结构系数等）量化池火的热辐射通量。视角系数由被辐射目标物的位置、池火焰高度、池火直径等因素决定，数值介于0-1之间，要分别考虑垂直视角系数和水平视角系数。Shokri-Beyler模型的应用Shokri-Beyler模型通过拟合分析热辐射通量的实验数据得到了用液池直径表示池火焰表面的有效热辐射通量。在Shokri-Beyler模型的应用中，圆柱形辐射源的假设适用于
6、各种条件下的视角系数的计算。该模型的最大的不确定性在于火焰表面有效热辐射通量的估算。Shokri-Beyler模型主要应用于估算被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量大于5kwm-2的情况。Mudan模型Mudan模型把池火焰看作是一个垂直（无风条件下）或者倾斜的（有风条件下）圆柱形辐射源。在Mudan模型中，除了考虑池火焰表面的有效热辐射通量和被辐射目标与池火焰间的视角关系外，还考虑了大气投射系数影响。对于含有大量黑烟的碳氢化合物池火焰，其表面热辐射通量计算式可简化为： ，其中Emax为黑体辐射强度，140kwm-2；s为消光系数，0.12m-1；Es为烟尘辐射强度，20kwm-2。Mudan
7、模型Mudan模型采用Thomas经验公式计算火焰高度，该经验公式根据实验室木堆垛火灾实验数据以及量纲分析结果提出。前面表格中给出了无风情况下的经验公式，在有风的情况下要考虑无量纲风速的影响。Mudan模型的应用Mudan模型可应用于无风条件下或者有风条件下被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量的估算，Mudan模型适用的热辐射通量范围没有明确的限制。三种模型适用范围的比较虽然Mudan模型预测被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量小于5kwm-2的结果比点源模型更为可靠，但点源模型因其计算简单得到广泛的应用；对于估算被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量大于5kwm-2的情况， Mudan模型预测
8、结果与实验结果的偏差比Shokri-Beyler模型稍大。热辐射破坏准则与伤害模型热辐射破坏准则有热通量准则、热强度准则、热通量-热强度准则。其中适用于池火灾的是热通量准则。热通量准则是以目标接受的热通量作为衡量目标是否被破坏的参数。当目标接收的热通量等于或大于目标被破坏的临界热通量时，目标被伤害破坏。适用于作用时间比目标达到热平衡所需的时间长。热通量准则热辐射伤害模型在热辐射的作用下，池火灾附近的目标物可能受到伤害，这里的目标物指可能被伤害的任何客体，如人员、器材、建筑物或其他结构，主要考虑对人员的伤害情况。分析热辐射的伤害效应必须先确定热辐射的伤害准则，现在比较通用的是Pietersen提出的热辐射伤害方程式，这是在Buettner提供的经验公式的基础上，按照一般人口考虑，假设人的暴露面积为皮肤表面积的20%。式中Pr1，Pr2，Pr3分别是在火焰热辐射作用下人员的死亡、重伤、轻伤几率值；q为人员所处位置的热辐射通量值，t为人体暴露于热辐射的时间。这里所说的几率值不是一个概率值，是一个服从正态分布的随机变量，由下式求得。谢谢！
