使用1,5-二氨基-2-甲基戊烷（DA2MP）活化的2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）从固体燃料发电厂捕获二氧化碳：试点工厂研究

《Fuel》：CO 2 capture from solid fuel-fired power plant using 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) activated by 1,5-diamino-2-methylpentane (DA2MP): Pilot plant investigation

天然气泄漏-爆炸全周期模拟框架研究及其在受限建筑中的应用（摘要）

　　本研究聚焦于自然燃气泄漏与爆炸事故在封闭建筑中的全周期演化过程，通过构建一个事故驱动的模拟框架，涵盖泄漏、扩散、爆炸及结构损伤等阶段，以揭示这类事故在空间和时间上的演化规律。通过对2020年至2024年间中国发生的30起室内燃气爆炸事故的统计分析，研究人员选取了湖北十堰市“6·13”事故作为典型案例进行重建。该事故具有多房间布局的特点，为研究不同门窗状态下的扩散域体积和封闭程度提供了理想的实验条件。

自然燃气作为一种低碳、清洁的能源，在工业生产和城市生活中扮演着重要角色。然而，随着中国城市化进程的加快，燃气管道网络日益密集，燃气使用量不断上升，导致与燃气相关的安全事故风险显著增加。燃气泄漏事故频发，主要受到管道老化、施工缺陷、第三方干扰、人为失误及自然灾害等多重因素的影响。建筑内部复杂的结构配置，如隔墙、门窗等，对燃气云的形成与演化以及爆炸后果产生深远影响。这些结构特征不仅限制了燃气的扩散路径，还形成了多样化的封闭与半封闭空间，导致燃气云在空间分布上呈现出不均匀性。一旦发生点燃，封闭空间会加速压力的累积，反射的冲击波相互叠加，进一步放大爆炸效应，对城市安全和社会稳定构成严重威胁。

因此，理解燃气云在建筑结构约束下的演化过程、冲击波压力分布以及结构响应机制，对于分析室内燃气泄漏与爆炸事故、优化安全管理和风险缓解策略至关重要。本研究通过数值模拟的方法，弥补了实验研究的局限性，能够更全面地再现从燃气泄漏到爆炸的全过程，包括燃气扩散、爆炸云的形成与演化、冲击波传播以及建筑结构的动态响应。数值模拟的优势在于其可以精确重建真实建筑环境，并在多种边界条件下灵活模拟各种泄漏与爆炸场景。

本研究选取了近30起室内燃气泄漏与爆炸事故进行分析，涵盖了多种建筑类型和泄漏场景。通过对这些事故的统计调查，研究人员发现，泄漏源的位置、门窗的开启状态、通风条件等因素对燃气云的体积和扩散路径具有显著影响。此外，泄漏持续时间决定了爆炸云的规模和覆盖范围。例如，泄漏时间越长，燃气云的体积越大，其在建筑内部的扩散范围也越广。基于这些发现，研究团队选择了十堰“6·13”事故作为典型场景，因其多房间布局能够充分反映不同封闭条件对燃气扩散的影响。

研究采用了一种全周期的数值模拟框架，该框架包括两个核心部分：计算流体动力学（CFD）建模和流体-结构相互作用（FSI）建模。CFD建模用于捕捉燃气在不同门窗配置下的浓度时空分布以及爆炸云的形成与演化过程。通过模拟燃气在建筑内部的扩散路径，研究人员能够分析燃气云在不同房间内的分布情况，并评估其在爆炸条件下的演变趋势。FSI建模则用于模拟冲击波的传播、压力分布以及建筑结构在动态爆炸源作用下的响应。这种耦合模拟方法能够更准确地再现爆炸过程中流体与结构之间的相互作用，从而评估爆炸对建筑结构的破坏程度。

通过CFD和FSI的联合建模，研究人员发现燃气云的体积在不同阶段呈现出明显的演化特征。首先，在泄漏初期，燃气云体积迅速增长，这一阶段持续约147分钟。随后，燃气云进入一个平台期，体积变化趋于平稳，持续约93分钟。最后，燃气云开始衰减，这一过程可能持续更长时间。不同房间的燃气云体积和峰值持续时间存在显著差异，距离泄漏源越远的房间，其燃气云体积越大，峰值持续时间也越长。例如，房间2的峰值持续时间约为173分钟，而房间3则延长至193分钟。此外，危险清除时间也呈现出类似的趋势，房间2约为307分钟，房间3则延长至333分钟。

研究进一步探讨了扩散域体积和沿路径封闭程度对爆炸云演化的影响。扩大扩散域体积和增加沿路径的封闭程度都会导致爆炸云体积的增加以及危险条件的持续时间延长。例如，在高封闭条件下，燃气云的体积会更大，其在建筑内部的扩散范围也更广，从而增加了爆炸的可能性和破坏性。相反，在低封闭条件下，燃气云的体积较小，其扩散范围有限，爆炸的破坏性相对较弱。然而，即使在低封闭条件下，燃气云的扩散仍可能受到建筑内部结构的限制，导致局部区域的浓度较高，从而形成危险的爆炸环境。

冲击波的传播表现出显著的空间依赖性。在室内环境中，由于建筑结构的反射作用，冲击波会形成多峰压力曲线，其峰值压力和持续时间均显著高于室外环境。而在室外环境中，冲击波的传播则主要呈现单峰特征，且随着距离的增加，其压力逐渐衰减。这一发现对于评估爆炸事故对周围环境的影响具有重要意义。例如，在室内环境中，冲击波的反射和叠加作用会导致压力的急剧上升，进而对建筑结构造成更大的破坏。而在室外环境中，冲击波的影响范围相对较小，但其传播路径可能更复杂，从而对周边区域的安全构成潜在威胁。

爆炸后果的严重程度与爆炸云的体积密切相关。研究发现，在不同的泄漏场景下，爆炸云的体积变化对室内峰值超压和室外致命距离产生显著影响。例如，在场景E1到E4中，随着爆炸云体积的四倍增加，室内峰值超压从0.398 MPa上升至0.523 MPa，而室外致命距离则从0延长至超过9米。这一趋势表明，爆炸云的体积越大，其对建筑结构的破坏力越强，对周边环境的影响也越广泛。因此，控制爆炸云的体积是减少爆炸后果的关键因素之一。

建筑结构的响应也与爆炸云的体积密切相关。研究发现，随着爆炸云体积的增加，建筑结构的最大位移和速度也会相应增加。这种位移和速度的变化呈现出线性增长的趋势，且最大值出现在封闭泄漏源房间的墙体上，随后随着爆炸源区域的扩展，这些最大值会逐渐向外迁移。这一现象表明，爆炸对建筑结构的影响具有明显的空间分布特征，不同区域的结构响应程度存在差异。因此，在设计和评估建筑结构的安全性时，需要充分考虑爆炸云的体积及其对结构的潜在影响。

本研究的成果对于理解和预防室内燃气泄漏与爆炸事故具有重要意义。通过构建全周期的模拟框架，研究人员能够更系统地分析燃气云的扩散特性、爆炸云的时空演化过程以及冲击波对建筑结构的影响。这些分析结果不仅有助于揭示室内燃气事故的形成机制，还为提高城市公共安全管理的科学性和有效性提供了理论支持。此外，研究还指出了当前研究中的几个关键空白，包括全周期爆炸云的演化过程、动态爆炸源建模以及冲击波与结构相互作用的综合评估。这些空白为未来的研究提供了方向，同时也强调了进一步研究的必要性。

总体而言，本研究通过结合CFD和FSI建模方法，对室内燃气泄漏与爆炸事故进行了全面的模拟和分析。这一方法不仅能够再现事故的全周期演化过程，还能够评估不同因素对事故后果的影响。通过这些分析，研究人员能够更准确地预测燃气泄漏与爆炸事故的发生概率和破坏程度，从而为制定有效的安全管理和风险缓解策略提供科学依据。此外，研究还强调了建筑结构配置在事故演化中的重要作用，指出不同结构特征对燃气云的扩散和爆炸后果具有显著影响。这些发现对于提高城市公共安全水平、减少燃气泄漏与爆炸事故带来的危害具有重要的指导意义。