临街餐饮店内厨房泄漏扩散及爆炸模拟研究

1 概述

据不完全统计，2019年我国共发生燃气事故722起，其中发生在餐饮店的事故逾100起。临街餐饮店通常将就餐区布置在临街一侧，厨房位于内侧，许多是没有对外门窗的内厨房，存在通风不良隐患。对这些餐饮店进行燃气泄漏后果分析对控制燃气事故的发生有重要意义。

范坚强突然打电话给一杭，约他去办公室谈《真相》的创作进度。一杭不太喜欢谈论正在写作的小说，他认为创作是很私密的事情，别人的意见容易造成不必要的干扰，何况，还没成型的东西，说出去也是对自己的不负责。当然，这一次他准备去，就算范坚强不找他，他也要寻个机会去一趟一风公司。他需要确认，核桃脸记事本上提到的范总是不是范坚强。

目前已有许多学者对燃气泄漏或者爆炸过程进行了研究。Huh等人

分别采用CFD方法和简化的室内气体流量模型对建筑内气体泄漏扩散进行模拟计算，对比验证和评价室内释放模型的性能。Litto等人

模拟建筑物内贫甲烷泄漏的气流规律，研究门、通风口和泄漏位置的影响，结果表明建筑主门保持关闭时，大部分无组织甲烷通过通风口排出。陈琪等人

以民用厨房为研究对象，模拟在门窗关闭的条件下微量连续点源泄漏的甲烷气体扩散运动特性，得出室内危险区域范围。Sun等人

在钢制燃烧室中进行甲烷-空气混合物的爆炸试验，研究了初始压力、浓度、初始湍流对火焰发展的影响。Ji等人

对建筑内天然气泄漏爆炸事故进行调查研究，将不同条件下的爆炸模拟结果与实际情况对比，得出事故发生前建筑内可能存在的天然气填充量。Pedersen等人

采用CFD方法对两室封闭空间内天然气爆炸进行模拟研究，结果表明超压曲线有2个压力峰值。第1个压力峰值与防爆通风板泄压有关，第2个压力峰值随排气口结构、填充程度而变化。Sezer等人

设计各种尺寸和几何形状的通风口，研究其对通风室爆炸后果产生的影响。Li等人

提出了一种用FLACS模拟封闭空间内湍流火焰的CFD模拟方法，并用FLUENT软件计算了低湍流爆炸波在自由空气中的传播，将其应用于预测由外部爆炸引起的爆炸室内的峰值压力，计算结果与实验结果吻合较好。李红培

建立开放式厨房燃气泄漏扩散的模型，利用FLUENT模拟不同影响因素下开放式厨房内燃气扩散，结果表明开放式厨房开窗有风情况和加隔墙情况会降低事故风险发生的概率。Baalisampang等人

建立一种分析模型来评估火灾、爆炸产生的超压和热辐射对人体形成的危害后果。目前几乎没有学者对临街餐饮店内天然气泄漏爆炸事故进行模拟研究，笔者对此进行研究，并对比分析产生的后果。

本文采用计算流体力学方法，建立两种长宽比的餐饮店物理模型，对门、风机开闭状态下的天然气泄漏扩散进行模拟，计算得到天然气质量分数分布。然后在FLACS软件中设置点火点进行爆炸模拟，对比研究不同泄漏时间进行点火的超压分布情况，研究餐饮店门开闭状态对超压分布的影响，分析爆炸过程中餐饮店内超压分布情况、气流运动情况。针对最危险的模拟工况，分析对人体伤害以及对建筑物的破坏效应。

2 临街餐饮店模型与模拟参数设置

本文坐标单位均为m。

2.1 物理模型

① 泄漏扩散物理模型

利用FLUENT前处理模块ICEM建立典型临街餐饮店泄漏扩散物理模型，见图1，模型平面图见图2(图中尺寸单位为mm)，模型尺寸见表1，模型内物体

坐标见表2。餐饮店门和窗口位于餐厅

轴中间位置，餐厅门宽2 m，高2 m。窗口(是个孔洞)位于餐厅门正上方，宽1 m，高0.3 m。厨房门距离

平面2.2 m，宽0.8 m，高3 m。模型主要由就餐区和厨房组成，厨房门始终保持开启，厚度为0.1 m。矩形送、排风管道宽0.35 m，中心距地面2.625 m，送、排风口为圆形向下，直径为0.3 m。燃气管道内直径为32 mm，贴附地面设置，泄漏点位于水平燃气管道端头的一段竖直管段上。

图中

——餐饮店总长度，m

④ 格雷马斯.行动元、角色和形象.选自张寅德.叙事学研究.王国卿译.中国社会科学出版社，1989年:第119-125页.

——就餐区长度，m

——就餐区和厨房的隔墙厚度，m

——厨房长度，m

为了探讨农村地区收入不平等究竟是由城市群与非城市群间(组间)，还是其组内收入差距扩大所引起的，本文采用 Shorrocks[24]的子群体分解法来进行分析。由于使用基尼系数进行子群体分解时，存在“剩余项”，不适合用来进行子群体分解[25]。因此，本文将中国农村划分为城市群地区与非城市群地区，用泰尔指数来度量不平等，结果如表1所示。通过泰尔指数分解，可知：

——餐饮店宽度，m

——餐饮店高度，m

《治谱》主要依据从政流程与行政事务分门别类进行编排，其条目如：初选门；到任门；堂事门；词讼门；钱粮门；人命门；贼盗门；狱囚门；待人门；(杂事门、补遗)；(宪约、慎刑说)[26](P85)。其中《贼盗门·截杀法》曰：

进行爆炸模拟时，为便于了解冲击波对餐饮店外部空间的影响程度，在泄漏扩散物理模型的基础上扩大餐饮店外部空间模拟区域，得到爆炸物理模型(采用FLACS软件的前处理器CASD建立)，见图3。模型1扩大后称为模型3，模型2扩大后称为模型4。模型3长27 m，宽24 m，高度为8 m；模型4长36 m，宽24 m，高度为8 m。当餐饮店门关闭时，将餐饮店门设置成POPOUT类型泄压板，其开启压力为0.01 MPa。

第五，因为地震后原有家园被摧毁，一部分羌族村寨被迫迁移。原汶川县龙溪乡直台村和垮坡村夕格组原有的生存空间不再适宜生存，于是被迫迁往了位于邛崃市的南宝农场。由原本的羌族聚居区迁往汉人区，不仅是生存空间的迁移，更是文化生存空间的改变。

2.2 网格划分

① 泄漏扩散物理模型

采用ICEM划分非结构网格，泄漏点附近通常具有较大的速度梯度、浓度梯度和压力梯度，因此对其上方区域进行局部网格加密。模型1网格数量为1 141 234个，模型2网格数量为1 699 798个。

② 爆炸物理模型

采用CASD划分网格，网格类型为三维笛卡尔网格，是边长为0.10 m的六面体网格。

2.3 参数设置

① 泄漏扩散

调控进度 创造过程经历准备期、酝酿期、明朗（顿悟）期和验证期．其中，酝酿期对获得创造性想法至关重要，大量观念的组合和选择就发生在这个时期．大量研究支持酝酿期的意识思维休息假说及遗忘固着假说．因此，教师一方面应提供富有挑战性的任务让学生体验酝酿期，另一方面应调控教学的进度，保证学生有足够的酝酿时间，如在课堂话语和活动中进行短暂的休息，让学生在一段时间内同时处理多个任务或完成长时作业等．

采用FLUENT软件进行泄漏扩散计算时，湍流模型采用

-

模型，求解模型采用PISO模型。模型中餐桌、灶台、吸油烟机、冰箱等家具家电以及墙面、风管、燃气管道均设置为壁面边界条件，窗口边界条件为Outflow。餐厅门关闭时，餐厅门设置为壁面边界条件；餐厅门开启时，餐厅门设置为Outflow。风机关闭时，送风口与排风口为壁面边界条件；风机开启时，送风口与排风口边界条件为Velocity，送、排风速均为8.96 m/s，湍流强度为3.47%。天然气假设为纯甲烷。初始绝对压力为101.325 kPa，初始温度为25 ℃。

模型1和模型2中均设置了1个天然气体积分数监测点，当监测到天然气体积分数达到1%时开启送风机和排风机。模型1监测点坐标为(3.0，7.0，2.7)，模型2监测点坐标为(3.0，14.0，2.7)。

泄漏点坐标为(3.1，7.9，0.1)，面积为50 mm

，泄漏方向沿

方向。泄漏点边界条件为velocity-inlet，泄漏速度为54.18 m/s，采用小孔泄漏模型流量计算方法

计算得泄漏流量为9.8 m

/h。

要想更好地对公司进行管理，就需要从内到外地进行人力资源管理工作。首先调整人力资源管理的策略，不仅要从客户方面考虑，还要结合市场以及其他部门，人力资源管理应该最大限度地为企业创造利益和价值。此外，人力资源管理者需要具备提高企业吸引度，增加企业投资者的能力，站在他人或受益者的角度进行考虑的能力。

② 爆炸物理模型

由图8可知，当餐饮店内气云燃烧形成的压力未达到餐饮店门破坏压力(10 kPa)时，主要在餐饮店内部形成超压。随着燃烧产物逐渐增加，餐饮店内压力积聚到10 kPa时，餐饮店门开启，超压传播到外部，超压峰值达18 kPa以上。模型1泄漏1 h点火后200 ms、574 ms时

=0.25 m、

=0.75 m平面上的速度分布见图9。

采用FLACS软件进行爆炸计算时，根据泄漏扩散模拟得到的结果设置餐饮店内的天然气体积分数，模型采用欧拉(EULER)边界条件，点火点设于灶台附近，模型3点火点坐标(3.2，7.9，0.2)，模型4点火点坐标(3.2，14.9，0.2)。设置初始绝对压力为101 325 Pa，初始温度为20 ℃。输出参数为爆炸超压和气流速度。

③ 压力测点设置

定义直线1的方程为：

对于模型1、3，沿直线1，在

=-15、-10、-6、-3、0、2、4、6、8处布置压力测点。

对于模型2、4，沿直线1，在

=-15、-10、-6、-3、0、2、4、6、8、11、13、15处布置压力测点。

3 泄漏扩散模拟结果分析

3.1 餐饮店门开闭对泄漏扩散的影响

当讨论到由“数据分析”做主导的企业面临的最大挑战时，与会者们一致认为投资和管理的焦点过于看重科技，却忽略了人和分析流程。

模型1风机启动时刻为167 s，模型2风机启动时刻为138 s。由图7可知，风机启动前，天然气体积分数大于1%的气云体积随时间呈增加趋势；风机启动后，体积分数迅速下降，各模型天然气体积分数大于5%的气云体积都在风机启动后的20 s内降低至0。可知通风能在短时间内有效控制餐饮店内泄漏天然气的扩散。

对比图4、5可知，在餐饮店门开启和关闭条件下，天然气泄漏后的扩散趋势总体相同。但由于餐饮店门开启时，可通过餐饮店门直接和外面大气进行质量交换，因此天然气质量分数比餐饮店门关闭时明显降低。图5中天然气等质量分数线明显不水平，餐饮店门附近存在较大的质量分数梯度；而餐饮店门关闭时，等质量分数线基本水平，餐饮店门附近不存在大的质量分数梯度。对比图4a、5a可知，泄漏10 min时，餐饮店门开启时就餐区的天然气质量分数大于餐饮店门关闭时。对比图4c、5c可知，泄漏2 h，餐饮店门开启时，模型1内天然气质量分数总体低于0.07，而餐饮店门关闭时，模型1内质量分数均在0.15以上。对比图4f、5f可知，泄漏2 h，餐饮店门开启时，模型2内质量分数总体在0.04以下；餐饮店门关闭时，模型2内质量分数大于0.05。总体来说，由于餐饮店门开启状态下天然气扩散速度更快，泄漏刚开始时，天然气质量分数更高。一段时间后，天然气通过餐饮店门不断扩散至外部，天然气质量分数比餐饮店门关闭时低。

农村空巢老人经济供养水平较低，贫困程度相对较高。由于年龄限制了身体各方面的机能，年龄越高，身体机能越弱，劳动能力随之下降。但是，空巢老人家庭条件差，老人的收入来源不固定，大多数老人选择进行农作物耕种来获取收入，因此老人投入农耕的时间和精力便增多，劳动强度大，一旦遇到天灾人祸，农作物必须及时收割或直接放弃来年继续耕作，这对老人来说无疑是巨大的挑战。

餐饮店门开闭时，不同天然气体积分数范围对应的气云体积随时间的变化曲线见图6。

原始数据中除面状河流外、同时存在线状河流数据。其中线状河流与面状河流共有以下三种拓扑关系：相交、相接、相离。图 8（a）、（b）、（c）即为原始河流数据中线面三种状态的可视化。图 8（d）、（e）、（f）为运用本文算法、并对应三种拓扑关系的中轴线提取结果。对于原本由线状河流栅格化得到的单线条河流都能够很好的保留。当线状河流与面状河流存在重叠或相连时，面状河流提取中轴线与单线条河流在重叠或相连处仍可以保持完整连通的状态，不会对提取结果造成不良影响，实现了全自动化的中轴提取。

定义 1[10] 对简单图G,设映射E(G)→{1,2,…,k}满足:对∀uv,uE(G)(v≠w),有f(uv)≠f(uw),其中N，则称f为G的k-正常边染色,记为G的k-PEC,称χ′(G)=min{k|G有k-PEC}是图G的边色数。

图6中，无论餐饮店门开闭，两种模型中天然气体积分数大于1%的气云体积均随时间增加至餐饮店体积后保持恒定。对比图6a、6c，餐饮店体积越小，空间内天然气体积分数达到1%所需的时间越短。由图6a、6c可知，在餐饮店门关闭条件下，天然气体积分数在爆炸极限范围内的体积随时间增加至餐饮店体积后保持一段时间，然后逐渐减小至0。由图6b、6d可知，对于模型1，餐饮店门开启，泄漏刚开始时天然气体积分数大于1%的气云体积稍高于体积分数大于5%的气云体积，而1 h后两者几乎相同，泄漏1～4 h餐饮店内天然气体积分数都保持在爆炸极限范围内。对于模型2，餐饮店门开启，泄漏4 h内天然气体积分数大于1%的气云体积均大于体积分数大于5%的气云体积，表明泄漏4 h内餐饮店内仅部分气云的天然气体积分数达到爆炸极限，并且在爆炸极限范围内的气云体积呈先增加后降低的趋势。

3.2 送、排风机启停对泄漏扩散的影响

餐饮店门保持关闭状态，保持其他条件不变，当体积分数监测点监测到天然气体积分数达到1%时，开启送、排风机对餐厅进行通风。不同天然气体积分数对应的气云体积随时间的变化曲线见图7。

由图4可知，天然气泄漏后，以泄漏点为中心，受浮力作用向四周扩散。天然气由厨房扩散至就餐区的过程中，先贴附屋顶从厨房门扩散到就餐空间，在浮力和动量的作用下，沿屋顶和墙壁扩散至整个就餐区，泄漏2 h后两个模型内天然气质量分数均在0.07以上。总体来看，厨房内下部空间的天然气质量分数平均值高于上部空间，而就餐区下部空间的天然气质量分数明显低于上部空间。两种模型天然气扩散规律基本一致，但同时刻模型1天然气质量分数均大于模型2，泄漏2 h后模型1内天然气质量分数几乎在0.15以上，模型2内天然气质量分数在0.15以上的区域较小。可知餐饮店体积(指餐饮店内部空间的体积)对天然气扩散的影响较大，体积越小，泄漏相同时间后天然气质量分数越高。

4 爆炸模拟结果分析

4.1 餐饮店爆炸过程分析

仅以风机关闭、餐厅门关闭状态下，模型3内泄漏流量为9.8 m

/h，持续泄漏1 h被点燃爆炸为例。点火574 ms后餐饮店内达到超压峰值，点火后各时刻(200 ms、450 ms、574 ms)

=0.75 m平面上的超压分布见图8。

② 爆炸

由图9可知，点火后燃烧反应释放的热量以及燃烧产物膨胀使附近气体向四周运动，其速度沿反应前沿向外围依次递减，气流经过厨房门时节流，使得此处速度增加。随着燃烧范围不断扩大，气流速度也不断增加，到点火发生574 ms时，大量燃烧产物通过餐饮店门节流运动至外部大气空间，此时最大气流速度在420 m/s以上。

4.2 餐饮店门开闭对超压的影响

不通风时，分别在两种模型泄漏0.5 h、1 h、1.5 h、2 h点火，对餐饮店门开启和关闭两种状态进行模拟。由图6a可知，模型1泄漏2 h后餐饮店内天然气体积分数均大于爆炸上限，因此模型3泄漏2 h点火时，模拟空间的初始天然气体积分数按爆炸上限(15%)进行设置，模型内各测点超压峰值见图10。

由于长柄双花木不同发育阶段的植物经济策略不同，因此对其进行保护和保育时应针对其不同发育阶段采取相应的保护措施。长柄双花木幼苗需要较高的叶含水量，有研究表明长柄双花木幼苗叶片水含量和光合速率随遮荫程度的增加而上升[46]，其幼苗适宜生长在较湿润且遮荫的环境中。因此在迁地保护时应注意对幼苗进行适当的遮荫，以促进幼苗的生长；而在幼树和成树阶段，叶厚度和叶面积逐渐增大，植株需要较强的光照进行光合作用。因此对于就地保护和迁地保护种群的幼树和成树，应对其周围树木进行适当修剪与清理，以保证其对光照的需求。

以泄漏开始时刻为0时刻，时间用

表示。不启动送风机和排风机，餐饮店门关闭、开启时，模型1和2内各时刻天然气质量分数分布云图分别见图4、5。

点火后，温度迅速升高引起气体膨胀，当受到墙体、家具等障碍物的阻碍时，火焰传播速度加快且压力积聚。同一种模型，泄漏时间越长，点火形成的超压越大。爆炸发生后，两种模型餐饮店内最靠近点火位置的测点处的超压峰值最大，各测点超压峰值随着与点火点距离增加而逐渐减小。对比图10a、10c可知，在餐饮店门关闭的条件下，泄漏0.5 h、1 h进行点火，此时模型3内形成的可燃气云体积更大，模型3内的超压峰值比模型4大；随着泄漏时间的延长，在泄漏1.5 h、2 h进行点火，模型3内各测点超压峰值均小于模型4。对比图10a、10b可知，餐饮店门关闭时，气云燃烧形成的超压以及燃烧产物未能有效泄放，在餐饮店内部积聚直到餐饮店门被破坏；餐饮店门开启时，压力波迅速运动至外部空间，因此相同测点处餐饮店门关闭形成的超压峰值比餐饮店门开启时大。总体来说，泄漏刚开始的一段时间内，体积较小的餐饮店内进行点火爆炸产生的超压更大；天然气泄漏时间较长时，体积较大的餐饮店点火爆炸产生的超压更大。

4.3 爆炸后果分析

① 超压对人体的影响

超压对人体产生伤害，本文采用概率函数法

评估超压对人体各部位产生的伤害概率。由前文可知，餐饮店门关闭的条件下，模型4泄漏2 h后点火爆炸内部产生的超压峰值最大，对这种情况下爆炸过程餐饮店内部和外部各测点处超压对人体各部位产生的伤害概率进行计算。

计算结果显示，餐饮店内部超压导致的人体伤害概率大于餐饮店外部，餐饮店内部各测点处的超压对人体头部的伤害概率接近100%，而餐饮店外部超压基本不对人体产生伤害。人体位移伤害概率随距点火点距离增加而逐渐减小。在餐饮店内外，对肺部造成损伤的可能性几乎为0。

② 超压对建筑物的影响

采用冲击波对建筑物(4层以下)影响的概率函数法

，计算超压对建筑物的损坏概率。仍针对模型4泄漏2 h进行点火爆炸的情况，对各测点超压对建筑物的损坏概率进行计算。结果表明，餐饮店内部各测点处发生玻璃窗损坏、主要结构破坏以及建筑倒塌概率都在99.9%以上；餐饮店外部，计算域内的玻璃窗损坏概率在99.9%以上，主要结构损坏概率在32%以下，建筑倒塌概率在5%以下。

③ 其他影响

爆炸过程中，除了冲击波引起的超压变化外，高速爆炸风产生的冲击动压具有与超压同样的破坏效应。模型3泄漏2 h点火爆炸，最大气流速度达552 m/s，模型4泄漏2 h点火爆炸，最大气流速度达799 m/s。高速爆炸风产生的冲击动压导致餐饮店内设备发生位移，也会使人体受到抛掷和磕碰致伤。

此外，爆炸过程中急剧燃烧产生高温。模型3泄漏2 h点火产生的高温逾2 200 K，模型4泄漏2 h点火产生的高温逾2 300 K，会使人体受到高温伤害、烧伤或致死。

5 结论

① 典型临街餐饮店内发生天然气泄漏时，餐饮店体积对天然气扩散产生影响，在泄漏流量相同的情况下，餐饮店体积越小，天然气体积分数越高。

② 相同泄漏源条件下发生天然气泄漏，相比餐饮店门关闭，餐饮店门开启时天然气扩散速度更快，导致泄漏初始时段天然气体积分数更高。泄漏一段时间后，天然气通过餐饮店门不断扩散至餐饮店外部，餐饮店内天然气体积分数比门关闭时低。

③ 一定条件下，风机开启后20 s内可显著消除餐饮店内的可燃气云，因此合理设置送排风系统可以有效控制餐饮店内天然气泄漏事故后果。

④ 在餐饮店门关闭条件下，模型3泄漏1 h后点火，爆炸过程中压力波破坏餐饮店门，将燃烧产物泄放至外部空间，点火后574 ms产生超压峰值18 kPa以上，同时燃烧形成的热量以及燃烧产物膨胀使得计算区域内产生高速气流，爆炸计算域内最大气流速度达420 m/s。

⑤ 对于同一模型，无论餐饮店门开闭，餐饮店内天然气体积分数达到爆炸上限以前，点火爆炸产生的超压峰值随泄漏时间延长而增大。对于不同体积餐饮店，泄漏刚开始的一段时间内，体积较小的餐饮店内点火爆炸产生的超压更大；天然气泄漏时间较长时，体积较大的餐饮店点火爆炸产生的超压更大。

Craig原本在金融业工作，2014年7月他辞职了。离开了原来的岗位后，他横跨半个地球，搬到了澳大利亚生活。他告诉我们，他对摄影的热情就是从那时培养起来的，并且从此一发不可收拾。起初，他主要从事风光摄影和旅行摄影的工作。而且他一直热衷拍摄各地的风光和多样的人文。如今，他的摄影爱好已经足以谋生，现在他在Bristol从事肖像摄影和商业摄影的工作。

⑥ 人体位移伤害概率随距点火点距离的增加而逐渐减小。高速爆炸风产生的动压会使人体受到抛掷和磕碰致伤。爆炸过程中急剧燃烧产生的高温会使人体受到高温伤害、烧伤或致死。

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