爆炸碎片撞击储罐的动力学响应特性数值模拟
随着我国经济社会的快速发展，安全与环境要求的日益严格，化工园区已然成为化学工业发展的主流模式，它在带来巨大经济效益的同时，也带来了较高的安全风险问题。由于化工园区设备布置相对集中，一旦发生设备的爆炸，产生的爆炸碎片往往成为化工园区引发多米诺爆炸事故的重要原因。多米诺事故是源目标发生破坏失效时产生的热辐射、冲击波与碎片等危害因素而影响临近装置的现象。一旦引发临近装置的失效破坏造成区域内的连锁反应，其造成的破坏规模和经济损失将远超单个源目标失效破坏所造成的损失。因此，对储罐设备在受到爆炸碎片撞击时的动力学响应特性开展系统的研究，为其失效与风险评估提供理论基础，具有重要的工程意义和理论价值。 本文主要应用数值模拟方法研究了工程上常用的球罐结构与立式储罐封头结构在碎片撞击下的动力学响应特性。论文首先对球罐结构在爆炸碎片撞击下的动力学过程进行了数值模拟研究，得到了球罐结构在碎片撞击下的撞击变形过程与规律（未穿透状态）。通过改变碎片形状、撞击速度、撞击角度、转速、质量以及罐体内压等主要影响因素，系统研究分析了各因素对球罐撞击变形的影响程度，模拟结果表明：不同形状的爆炸碎片撞击球罐将导致不同的撞击效果，同等条件下立方体碎片对球罐的撞击变形最大，球体碎片最小。球罐在受到碎片撞击变形过程中，罐体内压力有助于提高球罐的稳定性。碎片以不同的入射角撞击球罐将导致不同的撞击效果，在0~60°的范围内，随着入射角的增大，碎片对球罐的撞击位移逐渐减小。当碎片以飞行方向为旋转轴时，碎片转速对球罐罐壁撞击位移影响并不明显。在发生贯穿现象时，破孔形状大小与碎片对球罐的最大投影面密切相关，并且球体碎片造成的凹陷影响范围最大。随着撞击角度的增加，破孔部位水平和竖直方向的距离均逐渐增大，但竖直方向的距离增幅较大。对不同壁厚的储罐贯穿能量的研究表明，储罐的临界贯穿能量与壁厚存在较好的指数关系。同等条件下，壁厚越大，其所需的临界贯穿能量越高。 其次，考虑到工程实际中圆筒形储罐封头受碎片打击的可能性较大，论文对立式圆筒形储罐的封头受到爆炸碎片撞击时的动力学过程进行了数值模拟研究，对其撞击变形过程及封头内径、长短轴之比以及撞击部位等主要影响因素对其撞击变形的影响进行了分析。结果表明：在相同工况条件下，封头长短轴之比对抵抗碎片撞击变形能力影响较大，长短轴之比越大，碎片越容易击穿封头。封头内径变化对抵抗碎片撞击变形能力影响相对较小。
储罐;爆炸碎片;多米诺效应;动力学特性;数值模拟
南昌大学
硕士
化工过程机械
胡兆吉
2018
中文
TQ053.2
78
2018-12-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）