火灾环境下LPG储罐的温度-压力-应力气液固耦合场的小波有限元研究

In order to discover the temperature-pressure-stress gas liquid solid coupled mechanism of the LPG tank under fire, the wavelet finite element theory is applied in studying it in depth. First, the mathematical model of temperature-pressure-stress gas liquid solid coupled field of the LPG tank is proposed according to gas-liquid two-phase flow theory, three three-parameter state equation, and solid thermal conduction theory. And the temperature-pressure-stress gas-liquid-solid coupled wavelet finite element of the LPG tank under fire is constructed, and the temperature-pressure-stress gas-liquid-solid coupled wavelet finite element formulation of the LPG tank under fire is obtained through discretizing the coupled model on time and space. And then the multi-point test of various physical quantity of the gas-liquid-solid coupled field of the LPG tank is carried out, and the accuracy of the wavelet finite element method is verified through comparing the test results with the numerical results, and then the convergence of the wavelet finite element method is carried out, and the coupled wavelet finite element with highest precision and most stable solving process will be established, and the robustness of the numerical calculation will be improved. Finally, the temperature-pressure-stress gas-liquid-solid coupled mechanism of the LPG tank under different environments of fire is analyzed by using wavelet finite element method, and the explosion fatalness of the LPG tank under fire will be predicted effectively, and the perfect alert mechanism of the LPG tank explosion proof will be proposed.

为了发现LPG储罐在火灾环境下温度-压力-应力气液固的耦合机理，利用小波有限元理论对其进行深入地研究。首先，根据气液两相流理论、三参数状态方程以及固体热传导理论建立LPG储罐温度-压力-应力气固液耦合场的数学模型。然后，构造出LPG储罐在火灾环境下温度-压力-应力气固液耦合的小波有限单元，通过对耦合模型在空间和时间上的离散，获得LPG储罐在火灾环境下温度-压力-应力气固液耦合的小波有限元列式。接着，进行LPG储罐气液固耦合场各个物理量的多点测试，通过实验结果和数值计算结果的比较验证小波有限元的精确性。接下来，进行小波有限元法的收敛性分析，找出精确度最高，求解过程最稳定的耦合小波有限单元，从而可以提高计算的鲁棒性。最后，利用小波有限元分别对LPG储罐在不同火灾环境下温度-压力-应力气液固耦合机理进行分析，从而能够有效预测LPG储罐在火灾环境下的爆炸危险性，提出完善的LPG储罐防爆预警机制

液化石油气是一种易燃易爆的气体，属于危险化学品，在储存过程中具有潜在的危险。近年来，LPG储罐的爆炸事故频发，导致了大量的经济损失和人员伤亡，因此，深入探讨火灾环境下LPG储罐的爆炸危险性具有非常重要意义，由于火灾环境下LPG储罐的耦合场变化具有较强的非线性，为了能够提高数值分析的效率和精度，将小波有限元理论应用其中，通过三年的研究取得了一定的成果，为制定火灾环境下LPG储罐安全管理措施制定提供了有利的理论依据。. 首先，利用质量守恒方程、动量守恒方程以及能量守恒方程构建了火灾环境下LPG储罐的温度变化模型；利用RNG k-ε模型描述火灾环境下LPG储罐内的气相和液相LPG的流动状态，利用VOF模型描述了相和液相 LPG两相流动，同时利用三参数状态方程描述了液两相的质量和能量转换，进而构建了气相-液相LPG温度和压力的响应模型，确定了温度和应力的关系模型，最终获得了LPG储罐的温度-压力-应力气液固耦合场的响应模型。. 其次，分别选择Daubechies小波函数、B样条小波函数以及超小波函数等函数作为插值函数，构造了LPG储罐在火灾环境下温度-压力-应力气液固耦合的小波有限单元，对所建立的温度-压力-应力气液固相的耦合方程在空间和时间上进行离散，进而获得了LPG储罐在火灾环境下温度-压力-应力气液固耦合场的小波有限元列式，同时设计了小波有限元列式的求解算法。此外，进行了相应的试验测试，通过对比分析验证了该方法的有效性。进行了小波有限元法的收敛性分析，找出精确度最高，求解过程最稳定的温度-压力-应力气液固相的耦合小波有限单元，提高了计算的精确性和稳定性。. 最后，利用小波有限元技术对LPG储罐在火灾环境下温度-压力-应力气液固耦合场机理进行了分析，研究了不同类型储罐、不同的储罐充装率以及不同的火灾条件下LPG储罐温度-压力-应力气液固耦合场的变化规律，从而为LPG储罐的安全防护提供了有利的理论依据。