场景二，罐外火灾：槽罐车行驶过程中出现交通事故，发生侧翻，罐体破裂，罐内庚烷泄漏后沿地面扩散，形成液池。精确地确定起火时液池面积在实际运用中有困难，根据不同资料中的公式非受限液池面积的变动范围很大，考虑实际情景中地形的限制，假定液池面积达到100m2时，遇引火源被点燃。
2.2 火源设定
FDS可以通过为燃烧表面指定一个固定的单位面积热释放速率来设定火源。
庚烷的单位面积热释放速率可以由下式确定[4]
q=Δhcmf(1-e-kβD)
q——单位面积热释放速率
Δhc——燃烧热，kJ/kg
mf——液体的最大燃烧速率，kg/(m2·s)
k——火焰的吸收衰减系数，m-1
β——平均光线长度校正系数
D——燃烧表面的直径，m
相关文献给出的庚烷相关参数如表1所示[5]
对于非圆形的燃烧表面，D可以由当量直径代替，场景一与场景二的直径分别为3.91m和11.28m。计算得出的场景一与场景二的单位面积热释放速率为4423.6kW/m2和4484.4kW/m2。
2.3 FDS模拟相关参数确定
FDS模拟中需要设定模拟区域，网格数，物体大小、位置，材料属性等相关参数，还需要对各个物体和网格设定边界条件。无风条件下，除地面外其它5个边界都设为OPEN。通过设置边界条件可以模拟出风速不为0的场景。本文中，根据某市年平均风速，设定风速为2.9m/s，方向恒定。两种场景的FDS参数设定如表2。模拟时间均为120s。
3 数值模拟结果与分析
3.1 火焰几何参数
FDS模拟得到的火焰高度及由经验公式得出的火焰高度如表3[6-7]。开放空间中的大尺寸易燃液体火灾与普通稳态燃烧不同，它的火焰会呈现周期性地波动。在FDS模拟中也可以观察到火焰的抖动现象。利用火焰中心位置的单位体积热释放率切片文件判断火焰高度，可以看出，无风时，罐外池火的底部直径更大，火焰高度也更高。将火焰形状等效为圆柱体，罐外池火的体积约为罐内池火的18倍。
3.2 火场温度
图1和图2分别为罐内火灾和罐外火灾的火焰温度切片文件。无风时罐内池火和罐外池火的最高温度分别为965℃和1000℃，两者差别不大。高温集中在火焰的1/3处，燃料表面部分由于氧气浓度较低，导致不完全燃烧，因此温度相对较低。而火焰上部，由于大尺寸池火燃烧的紊流现象，导致了高温区不连续。在火焰直径较大的罐外池火灾中这种现象更为明显。
以人眼的特征高度为基准将热电偶分别布置在高为1.5m的顺风和逆风位置，同一方向测点间间隔为1m。模拟结果表明测点的温度基本随与火源距离的增大而减小。其中，罐外池火测得的最高温度是418.2℃，而罐内池火由于罐壁的遮挡作用，温度随距离呈现先上升后下降的现象，测点的最高温度为76.1℃。
3.3 火灾辐射
图3和图4显示的是水平方向上目标点的热辐射强度的数值模拟结果以及经验公式计算结果[8-9]。可以看出，随着距离增加，目标处所受热辐射迅速减小，无风状况下，模拟结果与经验公式能够较好的相符。罐外池火对周围的热辐射要明显高于罐内池火。罐内火灾中热辐射最大值没有出现在距储罐最近的测点上，这主要是罐壁上沿部分的遮挡作用导致的，这与温度上出现的先升高后下降现象也表现一致。
从上下风向与无风状况的对比可知，有风时，各测点所受辐射强度相比无风时有所都提高。下风方向和上风方向相比，测得的最大辐射强度有了显著的提高，罐内火灾中，上下风向测得最大辐射强度相差了20kW/m2，在罐外火灾中，更是达到了60kW/m2。随着水平方向上与火源中心距离的增长，上下风向相同距离测得的热辐射强度的差距逐渐减小，并且与无风情况下的热辐射强度基本一致，证明风速对火焰的热辐射传播的影响作用随水平距离的增加而减小，在相对远的距离上这种影响已经很微小。
3.4 安全距离
大尺寸开放空间的易燃液体池火的首要伤害机制就是热辐射。热辐射可以造成设备损坏，引起人员伤亡，不同热辐射造成的损害如表4所示[10]。如果以表4内所示的热通量准则作为判断标准来确定槽罐车火灾的影响范围，那么从FDS模拟结果可以得出如表5所示的死亡（37.5kW/m2）、重伤（25kW/m2）、轻伤（12.5kW/m2）半径。
从模拟结果可以看出，罐外火灾比罐内火灾的破坏范围更大，有风时的影响范围比无风时的影响范围更大。危害最小的情况是无风时的罐内池火，其产生的热辐射只会在一定水平范围内引起人的轻伤，而影响最大的是罐外池火造成的对下风方向目标的伤害，在一定范围内已经可以造成人员死亡。造成这种情况的原因主要是，虽然易燃液体的总量一致，但泄漏导致易燃液体的表面积增大，产生的池火火焰直径就更大，总辐射量就随之增大。以人的特征高度1.5m进行分析，罐外火灾发生在高度相当于0m的地面上，而罐内火灾发生时燃烧面的高度在2m左右，由于火焰的热量是伴随着热烟羽向上运动的，因此位于火源面以下受到罐壁遮挡的人体的热量明显少于暴露在火羽流侧旁的热量，这种效果在有风的时候更为明显。因此，在槽罐车火灾事故现场中要特别注意下风方向人员的防护。
4 结论
通过对不同事故场景下的槽罐车火灾进行数值模拟与分析，可以得出以下结论：
（1）槽罐车火灾产生的热辐射对周边人员的生命安全构成威胁，和工厂内储罐火灾相比，它发生的原因、时间、地点更加具有不确定性，火灾类型更加多样。
（2）对比热通量伤害准则，侧翻、泄漏、溅洒导致的罐外火灾的影响范围比罐内火灾的影响范围更大；有风时下风向目标处的热辐射有明显的增加。
（3）在人体特征高度1.5m处，温度、热辐射强度随与火源中心距离的增加而增加；无风情况下，由于罐壁的遮挡效应，和距离罐壁较远处相比，在靠近罐壁有减小的现象。
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参考文献
［1］闫利勇,陈勇光.危险化学品公路运输事故新特点及对策研究[J].中国安全生产科学技术,2010,6(4):65-70.
［2］贾玉莲.油罐车火灾的数值模拟[D].太原:中北大学,2010.
［3］Paltrinieri N, Landucci G, Molag M, et al. Risk reduction in road and rail LPG transportation by passive fire protection[J]. Journal of hazardous materials,2009,167(1):332-344.
［4］Zabetakis M G, Burgess D S. Research on hazards associated with production and handling of liquid hydrogen.[Fire hazards and formation of shock-sensitive condensed mixtures][R]. Bureau of Mines, Washington, DC (USA),1961.
