一種臥式柱形爆炸源碎片擊中概率評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)致多米諾效應(yīng)的評估方法，特別 是由爆炸碎片擊中其他目標概率的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 液化石油氣（LPG)、液化天然氣（LNG)等帶壓儲罐在火災(zāi)、撞擊等外部能量作用 下，可能會導(dǎo)致沸騰液體擴展蒸氣爆炸（BLEVE)，BLEVE的發(fā)生常伴隨熱輻射、爆炸沖擊波 和碎片，而熱輻射、爆炸沖擊波和碎片則是造成多米諾效應(yīng)最主要的原因，尤其是爆炸產(chǎn)生 的具有一定初始速度的碎片，在飛行過程中容易可能擊中人和重要設(shè)備，進而導(dǎo)致更大的 災(zāi)難性后果。
[0003] 如何評估碎片擊中其他目標的概率，發(fā)展出了二維方程和三維方程模型的方法， 使得計算獲得的擊中概率越來越精確。
[0004] "A procedure for analyzing the flight of missiles from explosions of cylindrical vessels"基于二維方程模型，對碎片拋射的速度、質(zhì)量等隨機性進行了分 析，探討了由圓柱形爆炸源產(chǎn)生的碎片不同拋射距離范圍內(nèi)的落地概率。"Integrated probabilistic framework for domino effect and risk analysis"針對爆炸碎片擊中 目標設(shè)備概率的各種計算方法，提出了擊中概率三維方程模型，即當(dāng)爆炸碎片的拋射軌跡 和目標物體方程相交時，二者發(fā)生碰撞。"爆炸球罐尺寸對拋射碎片擊中相鄰罐體概率的影 響"通過將球罐的尺寸考慮在內(nèi)，建立了新三維的擊中概率計算方法。此外，通過以碎片、柱 形和概率為關(guān)鍵詞在國家知識產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站對國內(nèi)外專利的進行索，并無發(fā)現(xiàn)類似或相關(guān)的 專利技術(shù)。
[0005] 然而，國外已有的研宄都將爆炸物體當(dāng)作質(zhì)點考慮，而國內(nèi)已有的研宄也都未給 出考慮臥式柱形爆炸源尺寸的擊中概率的計算方法，并且也都忽略了儲罐支撐架高度的影 響。
[0006] 本發(fā)明就是為解決上述存在的技術(shù)問題而提出的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出的擊中概率評估方法考慮臥式柱形爆 炸源尺寸和支架高度，填補了柱形容器這一復(fù)雜形狀爆炸源擊中概率計算方法的空白，并 將儲罐支撐架的高度納入到計算方法中。
[0008] 本發(fā)明使得擊中概率計算結(jié)果更加精確、更加符合實際情況，更可以為評估裝置 的危險性、合理布局及采取相應(yīng)的保護措施提供準確的依據(jù)。
[0009] 本發(fā)明提供一種臥式柱形爆炸源碎片擊中概率評估方法，其是基于Monte-Carlo 模擬的方法，考慮臥式柱形爆炸源尺寸和支架高度，從統(tǒng)計意義上計算爆炸碎片的擊中概 率。
[0010] 其中，所述評估方法包括：
[0011] SI步：輸入爆炸源的基本參數(shù)，包括臥式柱形爆炸罐體積V，半徑R、長度L、總質(zhì)量 M、材料密度P以及空氣密度P ^和大氣壓力Ptl;
[0012] S2步：爆炸模擬次數(shù)η進行遞增，η初始值為1 ;
[0013] S3步：判斷爆炸模擬次數(shù)η是否大于設(shè)定最大模擬次數(shù)Ν，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否 則執(zhí)行步驟S4 ;
[0014] S4步：通過隨機數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生隨機種子，計算爆炸產(chǎn)生的碎片初始參數(shù)，包括碎 片的水平拋射角Θ、垂直拋射角0、碎片初速度ν〇、阻力系數(shù)K d和升力系數(shù)K ^
[0015] S5步：將S4步獲得的已有的隨機參數(shù)作為初始值，結(jié)合碎片軌跡三維二階導(dǎo)數(shù)方 程計算獲得碎片的軌跡方程；
[0016] S6步：假設(shè)目標的中心坐標為（Xl，0,0)，那么對于目標是球罐的體積方程是 (X-X1) 2+y2+z2= r 2；
[0017] S7 :聯(lián)立S5步和S6步所獲得的方程，采用二分法，求解方程組是否有解，若方程有 解，執(zhí)行S8步，反之則執(zhí)行S2步；
[0018] S8 :增加一次到爆炸碎片擊中目標的次數(shù)Nl上；
[0019] S9 :爆炸碎片擊中目標的概率P = N1/N，流程結(jié)束。
[0020] 其中，所述S4步進一步具體包括：
[0021] S4-1步：計算產(chǎn)生的碎片水平拋射角Θ，其服從20% _[30，150° ] ;30%-[150， 210。];20%-[210,330。];30%-[330,30。]的均勻分布；
[0022] S4-2步：計算產(chǎn)生的碎片垂直拋射角爐,其是[-90,90° ]上的顯㈦/2;
[0023] S4-3步：計算產(chǎn)生的碎片產(chǎn)生的數(shù)量n，分布函數(shù)是?ΓΙ*-2 ,其中λ。= 0. 8145, λ1=〇. 2252, λ 3= 0. 0321 ；
[0024] S4-4步：計算爆炸時的失效壓力P1，值為操作壓力的[0· 9,1. 1]倍上均勻分布；
[0025] S4-5步：計算爆炸轉(zhuǎn)化到碎片上的能量系數(shù)c，函數(shù)分布是[0. 2,0. 5]上的右三角 分布；
[0026] S4-6步：爆炸產(chǎn)生各個碎片質(zhì)量m，碎片質(zhì)量服A
【主權(quán)項】
1. 一種臥式柱形爆炸源碎片擊中概率評估方法，其特征在于：是基于Monte-Carlo模 擬的方法，考慮臥式柱形爆炸源尺寸和支架高度，從統(tǒng)計意義上計算爆炸碎片的擊中概率。
2. 如權(quán)利要求1所述的概率評估方法，其特征在于，包括： Sl步：輸入爆炸源的基本參數(shù)，包括臥式柱形爆炸罐體積V，半徑R、長度L、總質(zhì)量M、 材料密度P以及空氣密度P 〇和大氣壓力Ptl; S2步：爆炸模擬次數(shù)η進行遞增，η初始值為1 ; S3步：判斷爆炸模擬次數(shù)η是否大于設(shè)定最大模擬次數(shù)Ν，若是則執(zhí)行步驟S9 ;否則執(zhí) 行步驟S4 ; S4步：通過隨機數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生隨機種子，計算爆炸產(chǎn)生的碎片初始參數(shù)，包括碎片的 水平拋射角Θ、垂直拋射角^碎片初速度ν〇、阻力系數(shù)Kd和升力系數(shù)K ^ S5步：將S4步獲得的已有的隨機參數(shù)作為初始值，結(jié)合碎片軌跡三維二階導(dǎo)數(shù)方程計 算獲得碎片的軌跡方程； S6步：假設(shè)目標的中心坐標為（Xl，0,0)，那么對于目標是球罐的體積方程是 (X-X1) 2+y2+z2= r 2； 57 :聯(lián)立S5步和S6步所獲得的方程，采用二分法，求解方程組是否有解，若方程有解， 執(zhí)行S8步，反之則執(zhí)行S2步； 58 :增加一次到爆炸碎片擊中目標的次數(shù)Nl上； 59 :爆炸碎片擊中目標的概率P = N1/N，流程結(jié)束。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的概率評估方法，其特征在于：所述S4步進一步具體包括， 34-1步：計算產(chǎn)生的碎片水平拋射角0，其服從2〇%-[3〇，15〇°];3〇%-[15〇， 210。];20%-[210,330。];30%-[330,30。]的均勻分布； S4-2步：計算產(chǎn)生的碎片垂直拋射角叭其是[-90,90° ]上的C0s(P)/2 ; S4-3步：計算產(chǎn)生的碎片產(chǎn)生的數(shù)量n，分布函數(shù)是,其中Atl= 0.8145， A1= 0. 2252, λ 3= 0. 0321 ； S4-4步：計算爆炸時的失效壓力P1，值為操作壓力的[0· 9,1. 1]倍上均勻分布； S4-5步：計算爆炸轉(zhuǎn)化到碎片上的能量系數(shù)c，函數(shù)分布是[0. 2,0. 5]上的右三角分 布； S4-6步：爆炸產(chǎn)生各個碎片質(zhì)量m，碎片質(zhì)量服從A㈨=Vu廣分布，其中 a = 〇 41213 b=1.3926i|l)1,(i：)=|1 JreC0"1]; d υ. -tizu, ; )〇 其他情況' S4-7步：計算阻力系數(shù)Q和升力系數(shù)CD，其中，若碎片為端蓋和長端蓋則Cd服從[0. 8， I. 1]上的均勻分布，若碎片是平板形則Cd應(yīng)服從[1. 1，1.8]上的均勻分布；而對于碎片是 端蓋和長端蓋形狀CJW服從[0. 351，0. 468]均勻分布，對于是平板時，則q為0 ; S4-8步：通過S4-4步和S4-5步獲得的失效壓力PjP能量比例系數(shù)c，爆炸產(chǎn)生的能 ^E=[\-(Pv'PA)：r i(y-l)A,] /；, V 里 P1 P1 /-i , 其中：Ptl是爆炸環(huán)境的大氣壓力；γ = 1.33,是比熱系數(shù)，而后計算爆炸碎片從爆炸中 獲得的能量Ek= CXE ; S4-9步：由碎片的能量Ek、碎片數(shù)量n，可以獲得碎片所獲得的動能； S4-10步：依據(jù)碎片的動能和質(zhì)量m，可以獲得碎片的初速度 V m 54- 11步：由S4-7步獲得的Q、Cd值，可以計算二階導(dǎo)數(shù)方程中的阻力參數(shù) 、=，升力參數(shù)人= 2m Lm
4. 如權(quán)利要求1至3所述的概率評估方法，其特征在于：所述S5步進一步包括， 55- 1步：獲取S4-10步計算獲得的初始參數(shù)，碎片初速度Vtl; S5-2步：獲取S4-11步計算獲得的初始參數(shù)二階導(dǎo)數(shù)方程中的阻力系數(shù)kD和升力系數(shù) kL； S5-3步：輸入作為儲罐底座的支撐架高度h ; S5-4步：獲取爆炸源尺寸參數(shù)，包括半徑R和柱形罐長度L ; S5-5步：獲取S4-2步計算獲得的水平拋射角Θ ; S5-6步：獲取S4-3步計算獲得的隨機垂直拋射角A S5-7步：根據(jù)S5-3步至S5-6步所獲得的參數(shù)值，根據(jù)爆炸源在坐標系中的具體位置， 計算其中心點的位置（X。，y〇, zQ); S5-8步：根據(jù)S5-7步和S5-1步、S5-2步獲得的爆炸碎片初始位置和碎片初速度、阻力 系數(shù)等，參照二階導(dǎo)數(shù)方g
，進行積分求解，獲取爆炸碎片拋射 的軌跡方程。
5. 如權(quán)利要求1至4所述的概率評估方法，其特征在于：所述S7步進一步具體包括， S7-1步：以爆炸發(fā)生時刻，作為零時刻起點，設(shè)定一個極小的時間步作為爆炸碎片正 在飛行的時刻； S7-2步：將碎片飛行時刻作為輸入初始值，代入到S5步所獲得的碎片軌跡方程中，獲 得碎片該時刻位置（X，y，z); S7-3步：計算上一時刻與該時刻的時間差值是否滿足精度要求，若是則執(zhí)行S7-4步， 反之，則執(zhí)行S7-5步； S7-4步：流程結(jié)束，方程無解； S7-5步：根據(jù)碎片所處位置（X，y，z)，判斷其是否在目標儲罐的內(nèi)部，若是，則執(zhí)行 S7-6步，反之，執(zhí)行S7-7步； S7-6步：方程有解，流程結(jié)束； S7-7步：利用二分法，對碎片飛行時刻進行更新，而后執(zhí)行S7-2步。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種臥式柱形爆炸源碎片擊中概率評估方法，其是基于Monte-Carlo模擬的方法，考慮臥式柱形爆炸源尺寸和支架高度，從統(tǒng)計意義上計算爆炸碎片的擊中其它目標出儲罐的概率。本發(fā)明提出的擊中概率評估方法考慮臥式柱形爆炸源尺寸和支架高度，具有較高的計算精度，填補了柱形容器這一復(fù)雜形狀爆炸源擊中概率計算方法的空白。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104834825
【申請?zhí)枴緾N201510264741
【發(fā)明人】王廷春, 朱霽平, 王云龍, 李千登
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月22日