燃气泄漏过程及爆炸对建筑构件损毁的数值模拟研究

吴静波，曾祥国*，杨 鑫，李 伟

(1.四川大学建筑与环境学院，深地科学与工程教育部重点实验室，成都 610065；2.成都理工大学环境与土木工程学院，地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059)

近年来，由于燃气泄漏引起爆炸事件屡屡发生，爆炸事故不仅会直接造成爆源附近的人员伤亡，而且会造成周围建筑物损伤破坏，甚至会导致建筑物因某些关键结构构件的失效而丧失承载平衡能力，致使结构发生局部或整体的连续倒塌。因此，燃气泄漏和扩散规律、燃气泄漏引起爆炸的条件(如燃气浓度、体积等)及其爆炸对建筑物损毁效应成为研究重点[1-4]。

目前，中外学者普遍单独研究燃气的泄漏过程或燃气爆炸，针对燃气泄漏后发生爆炸的两个过程的综合研究相对较少。现首先利用CFD软件对管道燃气泄漏到密闭空间和开放空间的规律进行模拟，接着根据泄漏时间和泄漏量对燃气进行TNT当量等效换算，最后采用AUTODYN软件对燃气在密闭空间爆炸对三种不同类型的墙壁损毁效应进行了对比。以期为燃气扩散后险情的控制、防护和救援提供依据。

1 管道燃气泄漏过程CFD模拟

1.1 基本控制方程

在ANSYS/CFD模拟燃气泄漏过程中，涉及的基本控制包括:连续性方程、动量方程、能量方程、组分方程和密度方程。

连续性方程:

(1)

式(1)中：ρ为流体密度；u为流体速度。

动量方程:

(2)

式(2)中：p为静压；τij为应力张量；gi和Fi分别为i方向上的重力体积力和外部体积力。

能量方程:

(3)

式(3)中:T表示流体温度；……