隨著全球能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)，石油等液體燃料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸需求不斷增加。2025年，儲(chǔ)罐行業(yè)在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)出顯著的發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球石油儲(chǔ)罐市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到數(shù)千億美元，預(yù)計(jì)未來幾年還將以年均5%的速度增長(zhǎng)。然而，儲(chǔ)罐的安全性問題一直是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，儲(chǔ)罐火災(zāi)事故頻發(fā)，給生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了巨大威脅。因此，深入研究?jī)?chǔ)罐在火災(zāi)條件下的熱響應(yīng)特性，對(duì)于提升儲(chǔ)罐的安全性、優(yōu)化火災(zāi)應(yīng)急策略具有極其重要的意義。
《2025-2030年中國(guó)儲(chǔ)罐行業(yè)市場(chǎng)深度研究與戰(zhàn)略咨詢分析報(bào)告》儲(chǔ)罐作為石油、化工等行業(yè)的關(guān)鍵儲(chǔ)存設(shè)施，其安全性直接關(guān)系到整個(gè)行業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行。近年來，儲(chǔ)罐火災(zāi)事故頻發(fā)，如2005年英國(guó)邦斯菲爾德儲(chǔ)罐爆炸事故造成43人受傷、20余罐被毀，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2.5億英鎊;2009年印度齋浦爾油庫(kù)爆炸事故導(dǎo)致12人死亡、300多人受傷;2022年古巴坦薩斯儲(chǔ)罐爆炸事故造成2人死亡、132人受傷。這些事故不僅造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，還對(duì)環(huán)境造成了長(zhǎng)期的負(fù)面影響。研究表明，原油火災(zāi)的撲滅難度和耗時(shí)顯著高于其他燃料火災(zāi)，這進(jìn)一步凸顯了儲(chǔ)罐火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性。因此，研究?jī)?chǔ)罐在火災(zāi)條件下的熱響應(yīng)特性，對(duì)于制定有效的火災(zāi)防護(hù)策略具有重要的指導(dǎo)意義。
(一)儲(chǔ)罐火災(zāi)模型有效性驗(yàn)證
儲(chǔ)罐行業(yè)分析提到為了準(zhǔn)確模擬儲(chǔ)罐在火災(zāi)條件下的熱響應(yīng)特性，研究者們廣泛采用數(shù)值模擬方法。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果，驗(yàn)證了火災(zāi)模型的有效性。例如，1976年對(duì)5000立方米儲(chǔ)罐進(jìn)行的全敞口池火實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的熱輻射強(qiáng)度與數(shù)值模擬結(jié)果相對(duì)誤差均小于3%，這證明了數(shù)值模擬方法在儲(chǔ)罐火災(zāi)研究中的高精度和可行性。此外，通過調(diào)整網(wǎng)格尺寸，進(jìn)一步優(yōu)化了數(shù)值模擬的精度和效率。研究表明，較小的網(wǎng)格尺寸能夠更精確地捕捉熱輻射的分布細(xì)節(jié)，而較大的網(wǎng)格尺寸則會(huì)導(dǎo)致計(jì)算精度下降。因此，選擇合適的網(wǎng)格尺寸對(duì)于準(zhǔn)確模擬儲(chǔ)罐火災(zāi)行為至關(guān)重要。
(二)儲(chǔ)罐火災(zāi)場(chǎng)景模型建立
在數(shù)值模擬中，儲(chǔ)罐火災(zāi)場(chǎng)景模型的建立是關(guān)鍵步驟之一。研究者們選取了5000立方米的固定頂儲(chǔ)罐作為研究對(duì)象，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際參數(shù)，建立了詳細(xì)的火災(zāi)場(chǎng)景模型。通過對(duì)儲(chǔ)罐的幾何尺寸、熱物性參數(shù)以及火災(zāi)條件進(jìn)行精確建模，能夠更真實(shí)地反映儲(chǔ)罐在火災(zāi)中的熱響應(yīng)特性。此外，研究還考慮了風(fēng)速對(duì)火焰行為的影響，通過模擬不同風(fēng)速條件下的火災(zāi)場(chǎng)景，分析了火焰形態(tài)、熱輻射強(qiáng)度分布以及儲(chǔ)罐的熱響應(yīng)特性。結(jié)果表明，風(fēng)速顯著影響火焰的傾斜和擴(kuò)展，進(jìn)而改變儲(chǔ)罐的受熱區(qū)域和失效風(fēng)險(xiǎn)。
(一)儲(chǔ)罐熱輻射強(qiáng)度分布
儲(chǔ)罐在火災(zāi)條件下的熱輻射強(qiáng)度分布是評(píng)估火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的重要指標(biāo)。研究表明，不同風(fēng)速條件下，儲(chǔ)罐的熱輻射強(qiáng)度分布存在顯著差異。在無風(fēng)條件下，熱輻射強(qiáng)度主要集中在儲(chǔ)罐的中下部區(qū)域;隨著風(fēng)速的增加，熱輻射強(qiáng)度逐漸向儲(chǔ)罐的中上部區(qū)域轉(zhuǎn)移。特別是在高風(fēng)速(如9米/秒)條件下，熱輻射強(qiáng)度的最大值可達(dá)154.0千瓦/平方米，且主要集中在儲(chǔ)罐的上部區(qū)域。這一結(jié)果表明，風(fēng)速對(duì)儲(chǔ)罐的熱輻射分布具有顯著影響，高風(fēng)速條件下儲(chǔ)罐的上部區(qū)域成為火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的主要集中區(qū)域。
(二)儲(chǔ)罐溫度分布與失效分析
儲(chǔ)罐在火災(zāi)條件下的溫度分布直接決定了其失效風(fēng)險(xiǎn)。通過數(shù)值模擬，研究了不同風(fēng)速條件下儲(chǔ)罐的溫度分布特性。結(jié)果表明，隨著風(fēng)速的增加，儲(chǔ)罐的高溫區(qū)域逐漸從中下部向中上部轉(zhuǎn)移。在無風(fēng)條件下，儲(chǔ)罐表面最大溫度為219.6攝氏度;而在9米/秒的高風(fēng)速條件下，儲(chǔ)罐表面最大溫度可達(dá)365.9攝氏度。此外，儲(chǔ)罐的失效時(shí)間也隨著風(fēng)速的增加而顯著縮短。在無風(fēng)條件下，儲(chǔ)罐的失效時(shí)間為165秒;而在9米/秒的高風(fēng)速條件下，失效時(shí)間僅為36秒。這一結(jié)果表明，風(fēng)速不僅影響儲(chǔ)罐的溫度分布，還顯著加速了儲(chǔ)罐的失效過程。
在儲(chǔ)罐熱響應(yīng)研究中，數(shù)據(jù)傳遞方法的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。研究者們通過對(duì)比坐標(biāo)映射法和分塊法的模擬結(jié)果，驗(yàn)證了坐標(biāo)映射法在儲(chǔ)罐熱響應(yīng)模擬中的高精度和可行性。結(jié)果表明，坐標(biāo)映射法能夠更準(zhǔn)確地捕捉儲(chǔ)罐表面的熱輻射強(qiáng)度分布，為后續(xù)的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析提供可靠的熱邊界條件。這一驗(yàn)證結(jié)果為儲(chǔ)罐火災(zāi)研究提供了一種高效、準(zhǔn)確的數(shù)值模擬方法。
五、結(jié)論
2025年，儲(chǔ)罐行業(yè)在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)出顯著的發(fā)展趨勢(shì)，但儲(chǔ)罐的安全性問題仍然是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。通過數(shù)值模擬研究，本文深入分析了儲(chǔ)罐在火災(zāi)條件下的熱響應(yīng)特性，得出了以下主要結(jié)論：
風(fēng)速顯著影響儲(chǔ)罐火災(zāi)的火焰行為、熱輻射強(qiáng)度分布以及溫度分布。隨著風(fēng)速的增加，火焰逐漸向儲(chǔ)罐傾斜擴(kuò)展，熱輻射強(qiáng)度和高溫區(qū)域逐漸向儲(chǔ)罐的中上部轉(zhuǎn)移。
儲(chǔ)罐的失效時(shí)間隨著風(fēng)速的增加而顯著縮短。在高風(fēng)速條件下，儲(chǔ)罐的失效風(fēng)險(xiǎn)主要集中在上部區(qū)域。
坐標(biāo)映射法能夠?yàn)閮?chǔ)罐熱響應(yīng)模擬提供高精度的熱邊界條件，為儲(chǔ)罐火災(zāi)研究提供了一種有效的數(shù)值模擬方法。
綜上所述，儲(chǔ)罐在火災(zāi)條件下的熱響應(yīng)特性受到多種因素的影響，其中風(fēng)速是一個(gè)關(guān)鍵因素。通過深入研究?jī)?chǔ)罐的熱響應(yīng)特性，可以為儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)、火災(zāi)防護(hù)策略的制定以及應(yīng)急救援措施的優(yōu)化提供重要的理論支持。未來，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的不斷發(fā)展，儲(chǔ)罐火災(zāi)研究將更加深入和精確，為儲(chǔ)罐行業(yè)的安全發(fā)展提供有力保障。
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