高压可燃气体泄漏动力学过程与喷射火热灾害分析

以高压可燃气体泄漏诱发的喷射火为研究对象,对泄漏过程中喷口处稳态气流状态参数变化及其被点燃之后的喷射火火焰形态与辐射热流场预测模型研究进展进行了综述。归类分析了基于理想气体状态方程和Abel-Noble状态方程的高压气体泄漏模型及其适用情况,并对不同浮力控制和动量控制范围的几种喷射火火焰几何尺寸模型进行了概括性总结,同时对不同火焰形态下的点源、多点源、固体以及线源4种热辐射模型进行了汇总,最终提出将3种模型耦合联用以建立适用于不同泄漏条件下喷射火热灾害分析预测方法。分析表明,该分析预测方法具有很好的适用性。     

高压可燃气体泄漏动力学过程与喷射火热灾害分析

以高压可燃气体泄漏诱发的喷射火为研究对象,对泄漏过程中喷口处稳态气流状态参数变化及其被点燃之后的喷射火火焰形态与辐射热流场预测模型研究进展进行了综述。归类分析了基于理想气体状态方程和AbelNoble状态方程的高压气体泄漏模型及其适用情况,并对不同浮力控制和动量控制范围的几种喷射火火焰几何尺寸模型进行了概括性总结,同时对不同火焰形态下的点源、多点源、固体以及线源4种热辐射模型进行了汇总,最终提出将3种模型耦合联用以建立适用于不同泄漏条件下喷射火热灾害分析预测方法。分析表明,该分析预测方法具有很好的适用性。     

高压氢气泄漏相关安全问题研究与进展

氢能作为新能源领域的“明日之星”,已经逐步在全球范围内发展与推广。然而,安全性依然是氢能全生命周期的关键瓶颈问题,高压又是其中最为突出的风险要素,容易引发氢气泄漏、扩散,甚至燃烧、爆炸等重大安全事故。基于此,重点总结了高压氢气泄漏扩散、泄漏自燃、喷射火和气云爆炸等典型事故演化过程及内在机理的研究现状并归纳了当前的不足之处,提出了未来发展方向,对氢能安全科学研究及事故防控具有指导意义。     

高压氢气泄漏射流研究进展

叙述了高压氢气泄漏射流研究进展，重点对氢气状态方程、欠膨胀射流结构及模型、射流区域氢气浓度预测、基于计算流体动力学的泄漏射流模拟等方面进行了归纳、总结和评述，并对未来研究方向进行了展望。文中总结：现有研究表明已有多种适用于高压氢气的实际状态方程，Peng-Robinson、Abel-Noble等方程兼具便捷性及精度；高压氢气泄漏时在泄漏口呈现高度欠膨胀射流结构，Molkov模型可用于预测欠膨胀射流特性参数；高压氢气泄漏射流区为动量控制或动量与浮力联合控制，区域内氢气浓度与泄漏口径、泄漏口距离、介质密度组成的量纲为1参数有量化关系；主流计算流体动力学软件如ANSYS-Fluent、FLACS等在模拟高压氢气泄漏时均被证实具有较好精度。未来研究方向包括大尺度实验、不规则泄漏口、成果工程化应用以及高效数值模拟方法等。     

复合材料高压储氢气瓶快速充放氢过程中的温度效应研究

氢能的利用离不开氢的储运这个关键环节,高压储运是目前氢气储运的主要方式。高压快速充放氢会发生温度快速升高和降低问题,从而影响储运设备的使用寿命。主要研究了车载复合材料高压气瓶在快速充放氢过程中的温度效应,并对温升后的充氢量进行了计算。为了确保复合材料气瓶的温升在100℃以下,经过大量试验确定了温升不超过复合材料气瓶允许温度的快速充氢方式。     

HAZOP方法在氢气压缩机风险分析中的应用

相比于传统的化石能源，氢能具有零排放、高热值等一系列优势，因此世界各国都相继加快了对氢能的研发和应用步伐。氢气压缩机是我国加氢站建设的关键，也是确保加氢、储氢、运氢环节畅通无阻的关键设备。由于氢气易燃易爆的特性，一旦氢气压缩机发生故障，极有可能会出现压缩机停机、气体泄漏等危险，甚至引发火灾和爆炸。因此迫切需要对氢气压缩机可能面临的安全风险进行评估，辨识氢气压缩机运行中的危险因素，查明可能的故障原因并制定相应的保护措施。以氢气压缩机为研究对象，采用HAZOP方法对氢气压缩机进行了危险辨识与后果评估，保障了其安全平稳运行。结果表明：氢气压缩机面临入口过滤器压差过高、一级进气缓冲罐压力过低以及一级排气温度过高等风险，应考虑增设报警装置。     

制储氢技术经济性分析与前景展望

氢气不仅是一种重要的工业资源，也是“零碳社会”下重要的清洁能源，氢能技术在交通、能源、冶金和化工等领域拥有广阔的应用前景。不过，生产成本、储运技术、安全问题等也长期制约着氢能，尤其是绿氢的应用发展。应明确的是，无论高压储运、氢液化等物理储运方式，或基于“Power to X”策略的化学储氢方式，均难以避免高额的全周期能耗。在理解过程能效，考虑不同储运方式下氢能全生命周期成本的基础上，对比各类技术经济性。其中，液氢和液氨的燃料利用途径在不同时期下均具有良好的经济性，更适宜用作氢能大规模供热供电场下的储运技术。基于此，对制、储氢技术及成本期望进行了归纳，并讨论了氢(氨)能源在大规模发电领域应用的技术经济问题，借鉴不同国家地区氢能发展思路，以期对我国氢能储运技术发展提供参考。     

以生物质为原料的未来绿色氢能

目前开发氢能技术已具备了推广应用的基本条件,而发展生物质为原料的绿色氢能将有助于解决氢气来源绿色化与氢气储运成本两大问题。本文首先从解决氢能源发展制约因素、实现碳中和目标、加速生物质资源化能源化利用的角度阐述了发展生物质绿色氢能的意义。接着,从氢能产业的政策环境和技术成熟度分析出发,对我国氢能源的制取和储运技术发展现状及存在的问题进行了分析,比较高压、液氢和含氢化合物作为氢载体储运的几种方式,提出以生物质作为氢载体储运具有的突出优势。最后,探讨了生物质氢载体未来的发展方向,对氢生产和储运的多条技术路径成本和产业化前景进行了初步技术经济分析,指出以生物质为原料生产的甲烷、甲醇和乙醇有望成为最先实现产业化的储氢载体,在未来将有可能成为实现氢燃料电池“绿色化”的一种经济可行的方式。     

扁平钢带交错缠绕式高压储氢容器的安全可靠性分析

氢能是近年来研究较多的清洁新能源之一。在氢能利用上,氢的安全储运是整个氢能利用的关键技术之一,而氢的储运目前仍然以高压储氢为主,高压储氢容器是氢的储运关键核心设备。扁平钢带交错缠绕式高压容器以其制造成本低、可靠性高、易于实现在线监控、失效具有抑爆等特点而有利于应用在高压储氢。从该类容器的环向强度、轴向强度、钢带预应力控制、疲劳强度、抑爆性能和在线监控等方面用实例加以分析。     

35MPa及以上氢气钢瓶的研究和试制及难点探讨

根据开发氢能源代替常规能源的发展趋势,本文针对储运压力在35MPa-45MPa的高压氢气储运设备,就其研制程序、方法、关键、重点、难点和结论进行了论述和探讨。     

储罐壁面限制条件下喷射火火焰行为

高压燃气储罐泄漏极易诱发喷射火。通过搭建储罐壁面限制条件下不同喷射角度的喷射火实验装置,对近喷口流场受限的喷射火进行了系统研究,并验证了装置测试的可重复性。实验结果表明,储罐壁面限制条件下推举高度小于自由射流的推举高度,并通过数值模拟分析了两种空间条件下空气卷吸流场的差异性,从而物理解释了储罐壁面限制条件对推举高度的影响。两种空间条件下火焰长度都随喷射角度的增加而减小,但自由垂直射流的火焰长度小于储罐壁面限制条件下的火焰长度。火焰行为由浮力控制转为动量控制的临界Froude数与喷射角度和空间限制条件无关。研究还发现,与自由射流相比,储罐壁面的阻塞效应会降低火焰的推举速度,提高火焰的吹熄速度。     

An experimental and modeling study of heat radiation characteristics of inclined ceiling jet in an airplane cargo compartment

A series of pool fires were carried out in an airplane cargo compartment to investigate the effect of the pressure on the heat radiation flux (HRF) of the inclined ceiling jet fire. During the tests, different static chamber pressures ranging from 50 to 101 kPa were controlled by the air flow in and out; both free fire and inclined ceiling jet fire were conducted with five different heat release rates (HRRs), which were produced by a 17‐cm square porous gas burner using propane as fuel. Vertical flame temperature, thermal plume temperature beneath the inclined ceiling, and HRF to the horizontal floor were measured and analyzed; at the same time, the flame shape was recorded by a video. It was found that the HRF was increased with the HRR, and there was a sudden rise for these fire impinging on the ceiling. The flame radiation fraction had a weak correlation with the environment pressure, while the flame emissivity was increased with the increasing ambient pressure. Besides, on the basis of the assumption that the flame emissivity is equaled in both free flame and the inclined ceiling jet fire, HRF calculated model was established and compared with the experimental results.     

LNG槽车瞬态泄漏特性及事故后果研究

我国每年危化品道路运输量占总货运量的30%以上,运输安全事故发生率居高不下。通过构建槽车泄漏事故,针对液相泄漏经典模型对于瞬态研究的局限性,结合罐内气体状态方程和复合积分法改进泄漏模型,研究了卧罐泄漏速率与时间耦合关系。结果表明,泄漏速率随时间推移呈二阶指数衰减关系,利用泄漏速率函数与时间叠加修正高斯模型,将修正后的关系运用到火灾爆炸事故后果计算中,得出泄漏最远距离为37.5 m,喷射火和沸腾液体扩展蒸汽爆炸(Boiling Liquid Expand Vapor Explosion, BLEVE)分别造成15和298 m内人员致死率达37%,蒸气云爆炸15 m内人员致死率为1%。利用Fluent和Aloha模型验证了模型精度,可为危险液体储罐泄漏定量风险评价和突发事件事前预判提供理论依据。     

3D CFD analysis of the hydrogen releases and dispersion around storage facilities

Unexpected hazards often arise from hydrogen storage and distribution facilities, and latent dangers induced by handling of hydrogen. This paper represents the results of CFD (computational fluid dynamics) modeling of hydrogen releases and dispersion at model storage facilities with simple geometries. Numerical results for model storage facility were compared with the reported data on the hydrogen dispersion. In addition, the hydrogen concentration in a real industrial environment, such as in the hydrogen energy station (HES), was estimated with 3D CFD modeling. The risk assessment was achieved under hypothetical hydrogen leakage scenarios.     

喷射流扩展半径及喷射火后果模拟计算方法研究

根据喷射能量守恒关系推导出喷射流扩展口半径计算式,该表达式体现扩展半径与泄漏口半径、喷射物密度之间的关系。采用HSE（Health and Safety Executive）的MHAU（Major Hazards Assessment Unit）程序中的通用喷射火模型程序SHELF2案例验证文章推导的扩展半径计算式代入API喷射火模型模拟计算喷射火的准确性,结果表明文章中的模拟方法能较准确地模拟喷射火,模拟计算结果符合L.T.Cowley总结CEC（Commission of European Communities）实验数据得出的结论。     

Theoretical analysis of lithium‐ion battery failure characteristics under different states of charge

Lithium‐ion batteries (LIBs) are extensively applied in various portable electronic equipment because of their high energy density power. However, accidents related to LIBs frequently occur. This study focuses on failure results, characteristics, and phenomena. Lithium‐ion batteries under different states of charge (SOCs) (0%, 30%, 50%, 80%, 100%, and 120%) at high temperatures have been investigated with the thermal abuse test. During the experiments, several typical failure processes were captured. According to the phenomena, 2 failure modes (smoke and jet fire) and 3 stages (primary reaction, tempestuous reaction in the middle time period, and extinguishing reaction in the final stage) were observed. A substantial amount of gas was vented, and jet fire was detected in the middle period. Only gas vented when the SOC was lower than 50%, whereas vented gas and jet fire were detected simultaneously when the SOC exceeded 50%. The results indicated combustible behaviors and exothermic reactions related to the SOC. An increase in the SOC caused a decrease in the thermal runaway initial temperature and the maximum increase in temperature. A higher SOC determined intense chemical reactions in the cell at higher temperatures, which caused a significant amount of materials to spew out of the batteries as well as additional mass loss. Relationships between failure characteristics and internal reactions were analyzed. The SOC should be lower than 50% in transportation or storage. The intercalated lithium capacities were the main reason for the series of domino reactions, which caused runaway in the terminal. These studies can serve as a reference for safety applications, transportation, and loss prevention in LIBs.     

液化石油气储罐泄漏火灾爆炸事故后果模拟分析

液化石油气具有易燃、易爆、破坏力强的特点,在储存和使用过程中存在泄漏的危险。本文对液化石油气储罐泄漏后发生火灾爆炸模拟分析,并提出了一系列加强液化石油气储罐预防泄漏的对策措施,以确保液化石油气站的安全稳定运行。     

大庆市区天然气管道泄露后果模拟及防火安全对策

天然气作为清洁能源,广泛的应用在城市生活及工业生产的各个领域,但从消防安全工作方面,有必要对天然气管道的安全运行情况进行研究。结合大庆天然气运输管道,利用数值计算软件FLUENT模拟天然气管道在运行过程中发生泄漏后的扩散情况,在相对理想的情况下得到一些数据,并根据数据提出几点合理化消防安全对策,希望有助于消防安全工作。