一种火灾环境下LPG储罐涂层防护系统性能分析的方法

摘要

本发明公开了一种火灾环境下LPG储罐涂层防护系统性能分析的方法，其步骤如下：1：构建火灾环境下LPG储罐涂层被动防护系统性能分析的小波有限元模型；2：构建火灾环境下LPG储罐涂层被动防护系统的小波有限单元；3：构建火灾环境下LPG储罐涂层被动防护系统的整体小波有限单元列式；4：进行数值计算；5：进行火灾环境LPG储罐涂层防护系统的实验测试；6：通过分析结果选择最佳的小波有限单元；7：改变火灾的类型、涂层的材料和结构以及火焰的类型，进行数值分析，从而能够寻找到火灾环境下LPG储罐的涂层防护机理；8：对已有的LPG储罐涂层防护系统进行设计和优化，从而能够降低火灾环境下LPG储罐的爆炸危险性。

主权项

1.一种火灾环境下LPG储罐涂层防护系统性能分析的方法，其特征在于：其步骤如下：步骤1：构建火灾环境下LPG储罐涂层被动防护系统性能分析的小波有限元模型，包括：（a）构建LPG储罐温度和压力相应的数学模型：利用RNGk-ε模型描述火灾环境下罐内LPG湍流规律；利用VOF模描述气相和液相LPG两相流动，主要包括连续性模型、动量模型、VOF对流模型；通过三参数状态方程描述气液两相的质量和能量转换，参数方程如下所示：$P=\frac{\mathrm{RT}}{v-b}-\frac{a\left(T\right)}{(v-0.5b)(v+3c)}---\left(1\right)$式中，a(T)表示温度、压力和偏心系数的函数，b表示温度和压力的函数，c表示第三个参数，（b）构建涂层热传导模型（c）构建储罐罐壁的应力响应模型火灾环境下LPG储罐罐壁由于升高的温度将产生热膨胀，进而产生热应力，通过计算出LPG储罐罐壁的初始应变ε₀，可以构建相应的应力应变模型；在求解的过程中，将气相-液相LPG的温度响应模型温度解和压力解当作LPG储罐罐壁温度和应力响应模型计算的初值，从而能够有效地对LPG储罐温度-压力-应力气液固的耦合模型进行求解；步骤2：构建火灾环境下LPG储罐涂层被动防护系统的小波有限单元：由小波尺度函数φ¹(α)和φ²(β)生成多分辨子空间和子空间的张量积可以生成高阶空间，分别给出子空间上和高阶空间上的小波尺度函数；将小波尺度函数作为插值函数，构造相应的温度函数T(α,β)，，推导出小波有限单元的势函数，然后推导出相应的微分方程，最后可以获得小波有限单元列式；步骤3：构建火灾环境下LPG储罐涂层被动防护系统的整体小波有限单元列式，通过对单元矩阵的合成以及边界条件的处理，可以获得系统整体的小波有限单元列式；步骤4：进行数值计算，涂层小波有限元的算法流程如下：首先，进行算法的初始化设置，包括：确定火灾模型包括池火、喷射火和辐射火，输入火灾环境下LPG储罐的初始条件，输入LPG储罐的几何尺寸，LPG的热力学性能参数，LPG储罐罐壁的材料性能参数，密度、弹性模量、泊松比和导热系数；输入涂层的成份和厚度、热力学性能参数导热系数、比热、密度、热扩散系数，选择小波函数的类型，Daubechies小波、B样条小波、第二小波、曲波和脊波，输入小波函数的阶数；定义系统的系数矩阵；定义初始温度向量；选择求解的时间步长；定义有效系数矩阵；对有效系数矩阵K进行三角分解；针对每个一个循环，操作包括：生成热载荷向量；生成有效向量；计算每一次循环的温度；其次，根据LPG储罐温度和压力相应的数学模型计算出液相和气相LPG的温度和压力；最后，根据储罐罐的温度变化和气相LPG的压力变化计算出火灾环境下LPG储罐罐壁的应力；步骤5：进行火灾环境LPG储罐涂层防护系统的实验测试，将测试的结果和小波有限元仿真结果进行比较，验证小波有限元的计算精度；步骤6：优选用于火灾环境下LPG储罐涂层防护系统性能测试的小波有限单元，改变小波函数的类型和阶数进行收敛性分析，通过分析结果选择最佳的小波有限单元；步骤7：改变火灾的类型、涂层的材料和结构以及火焰的类型，进行数值分析，从而能够寻找到火灾环境下LPG储罐的涂层防护机理；步骤8：对已有的LPG储罐涂层防护系统进行设计和优化，从而能够降低火灾环境下LPG储罐的爆炸危险性。