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障碍物作用下气体约束泄爆室外
复合灾害研究
詹求杰 1， 杨 凯 2， 刘国志 1， 郭振虎 1
（1. 北京建工土木工程有限公司，100015，北京；2. 北京石油化工学院，102617，北京）
摘 要： 采用SPH数值计算方法，结合 Fortran语言编程建立并开发了非刚性障碍物作用下可燃气体约
束泄爆数值模型，研究分析泄爆口开启面积对室内外爆炸灾害的影响，研究结果为日常生产和生活中气体
爆炸事故调查和控制提供了更科学可靠的方法，有助于提高爆炸灾害结果预测的准确性，具有更重要的现实
意义。
关键词： 气体爆炸；泄爆；非刚性障碍物；爆炸流场；灾害
中图分类号：TU 74 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2022)09-1242-04
RESEARCH ON OUTDOOR COMPOSITE DISASTERS OF CONSTRAINED GAS EXPLOSION
VENTING UNDER EFFECT OF OBSTACLES
ZHAN Q iu-jie 1, YANG K ai2, LIU G uo-zhi 1, GUO Z hen-hu 1
(1.BCEG Civil Engineering Co., Ltd., 100015, Beijing, China; 2.Beijing Institute of Petrochemical Technology, 102617, Beijing, China)
Abstract: The numerical model for constrained explosion venting of combustible gases under the
effect of obstacles has been established and developed by SPH numerical calculation in combination
with Fortran language programming, to research and analyze the influence of opening area of the
explosion vent on indoor & outdoor explosion disasters. The research results provide a more scientific
and reliable approach for investigation and control of gas explosion accidents during daily production &
life and can help to improve the prediction accuracy of explosion disaster results, with greater practical
significance.
Keywords: gas explosion; explosion venting; non-rigid obstacle; explosion flow field; disaster
近年来可燃气体爆炸灾害隐患不断增加，爆炸事
故危害程度也相应增加。气体爆炸事故多发于地下空
间、工业厂房、民用住宅等约束建筑结构内，具有显
著的体积效应，其爆炸过程及灾害效应受外界多种因
素影响显著，特别是爆炸能量的释放与约束条件具有
重要的关系。因此，有必要研究障碍物失效情况下，
气体约束泄爆诱发的室内外灾害分布，为相关事故预
防和调查分析提供依据。
1 数值计算方法及研究方案
1.1 基本理论
SPH方法的核心思想是描述粒子在空间之间的关
系和他们临近短程的核函数。设 F（ x）为一函数，则有：
() ( )() 0 ,d h
I Ii i iF x wx x hF x Ω = −∫ （1）
式中： w（ xI–xi, h）为核函数， h为 核函数的影响
半径。
1.2 研究方案
为验证障碍物作用下可燃气体约束泄爆计算方法
的可行性，采用 Fortran语言建立尺寸为 3 m（长）
×2 m（宽）×2 m（高）的长方体房间模型，爆炸腔
室四周、屋顶及地面均为绝热光滑刚性壁面，其中
在较小面积的一面墙体上设置 1个泄爆口，泄爆口位
于墙体中心位置，泄爆口在达到设定的开启压力或
开启时间后会立即完全破裂。采用体积浓度为 9.5 %
且处于静止状态的甲烷或空气预混气体作为爆源。
点火源为点状，电火花点火，外界空气处于静止状
态，计算域内的环境初始压力和初始温度分别设定为
1.013 25×10 2 kPa和300 K。所有测点均位于房间中
心轴线上，测点距离后壁 0.5 m。具体测点布置和空
间俯视图，如图1、图2所示。
为研究房间内障碍物阻塞率固定且爆炸破坏失效
的情况下，泄爆口开启面积对外部爆炸灾害分布的影
响规律，在房间中心部分放置一块非刚性的矩形障碍
物。以障碍物阻塞率 5 %，泄
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