【摘要】：石油化工行業(yè)中的鋼儲罐結(jié)構(gòu)是一種典型的組合式薄殼容器,常用于各類易燃易爆介質(zhì)的儲存。儲罐內(nèi)部液體介質(zhì)在填充和排空過程中,外部空氣會進入罐內(nèi)與液體介質(zhì)揮發(fā)出的可燃氣體混合,當(dāng)可燃氣體濃度處于爆炸極限范圍時,極易在意外點火條件下發(fā)生燃燒爆炸,致使儲罐結(jié)構(gòu)在爆炸超壓和升溫作用下發(fā)生破壞。論文以儲罐內(nèi)部可燃氣體燃燒爆炸事故為研究背景,對其中涉及的科學(xué)問題進行提煉,采用數(shù)值模擬方法研究了儲罐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部爆炸載荷及動力響應(yīng)問題。具體開展的研究工作如下:(1)基于TNT當(dāng)量法的含液儲罐耦合動力學(xué)分析采用TNT當(dāng)量法對可燃氣云爆炸超壓進行等效,建立含液儲罐內(nèi)爆共節(jié)點流固耦合模型,實現(xiàn)了內(nèi)爆流場與儲罐結(jié)構(gòu)間的位移協(xié)調(diào)及加速度、速度耦合;基于該模型分析了不同TNT當(dāng)量、不同液位高度條件下儲罐結(jié)構(gòu)的爆炸超壓分布及動力響應(yīng)。(2)儲罐內(nèi)部可燃氣體爆炸溫、壓載荷CFD模擬采用計算流體動力學(xué)(CFD)方法建立容器內(nèi)部可燃氣體爆炸過程的數(shù)值計算模型,通過對小型容器進行模擬并與實驗結(jié)果對比,驗證了數(shù)值模型的正確性。在此基礎(chǔ)上,模擬了儲罐結(jié)構(gòu)內(nèi)部可燃氣體的爆炸過程,獲得了儲罐內(nèi)壁面的升溫和超壓載荷分布,討論了傳熱過程對爆炸超壓的影響。(3)儲罐內(nèi)部可燃氣體爆炸過程中的耦合問題研究基于弱耦合方法研究儲罐內(nèi)部可燃氣體爆炸過程中的流固耦合及耦合傳熱問題,獲得了儲罐結(jié)構(gòu)在爆炸超壓作用下的彈塑性動力響應(yīng)以及升溫作用下的溫度分布;進一步采用強耦合方法研究內(nèi)部爆炸流場與儲罐結(jié)構(gòu)間的耦合傳熱問題,并將數(shù)值結(jié)果與弱耦合方法進行對比分析。(4)儲罐結(jié)構(gòu)內(nèi)部爆炸溫、壓載荷及動力響應(yīng)研究基于殼傳導(dǎo)耦合傳熱模型,分析了不同點火位置條件下儲罐內(nèi)壁面的溫、壓載荷分布情況�；跓�-流-固耦合模型研究超壓和升溫載荷共同作用下儲罐的響應(yīng)問題,采用Johnson-Cook模型描述結(jié)構(gòu)的應(yīng)變率硬化及溫度軟化效應(yīng),討論了不同點火位置條件下儲罐結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。
【圖文】：

薄殼結(jié)構(gòu)作為五大空間結(jié)構(gòu)形式之一，由于受力均勻，形式多樣、結(jié)構(gòu)優(yōu)美等優(yōu)程實際中得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。石油化工行業(yè)中常見的圓柱形固定頂儲罐就是一的組合式薄殼結(jié)構(gòu)(容器)。此類儲罐主要由底板、罐壁、頂蓋三部分構(gòu)成，能夠儲存介質(zhì)提供一個密閉空間，使之避免雨水、沙塵等污染，同時減少揮發(fā)性氣體空氣中排放，在石油化工領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛。圖 1.1 為實際工程中的拱頂儲罐構(gòu)示意圖。

3 年啟動了石油戰(zhàn)略儲備計劃，計劃到 2020 年將石油儲備提升至國際能源署規(guī)定的線[3]。隨著儲量的增加和儲罐結(jié)構(gòu)的大型化，燃燒爆炸事故的風(fēng)險不斷升高的同時爆炸事故造成的損失也更為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，在 2006~2011 年我國化工行業(yè)中共計 11災(zāi)和爆炸事故，其中儲罐事故達到 27 起，所占比例超過 20%，是僅次于反應(yīng)容器的第二大事故類型[4]。圖 1.2 為儲罐內(nèi)部介質(zhì)燃燒爆炸所引發(fā)的事故。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE972

【參考文獻】

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本文編號：2603941