[發明專利]一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法

在審

• 申請號: 202310421919.7
• 申請日: 2023-04-19
• 公開（公告）號: CN116432462A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 吳瑕;孫浩;沈定金;蘭嵐
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06Q10/0635;G06Q50/06;G06F111/08;G06F119/02
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1.一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法，其特征是，包括以下步驟：

步驟1，根據天然氣長輸管道爆炸碎片拋射過程分析，確定天然氣長輸管道爆炸碎片投射的二維軌跡方程；

步驟2，根據壓縮天然氣絕熱膨脹過程計算碎片投射初速度；

步驟3，根據歷史事故數據統計結果，定義碎片數量、碎片飛行阻力系數、碎片發射角等隨機參數概率分布類型；

步驟4，采用蒙特卡洛方法隨機抽樣產生計算參數，計算碎片投射距離，達到最大抽樣后，分析碎片的落點范圍分布規律，確定爆炸碎片影響范圍。

2.如權利要求1所述的一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法，其特征是，所述步驟1中根據天然氣長輸管道爆炸碎片拋射過程分析，得出的天然氣長輸管道爆炸碎片投射的二維軌跡方程如下：

表1碎片的運動方程

其中：k為阻力系數；g為重力加速度，取9.8m/s²；v₀為碎片拋射初速度，單位m/s；為碎片拋射角度，采用角度制單位；c＝2k/b。

3.如權利要求1所述的一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法，其特征是，所述步驟2中根據壓縮天然氣絕熱膨脹過程計算碎片投射初速度的方法為：

式中P₀為管道爆破壓力，單位Pa；r₀為管道半徑，，單位m；δ為管道壁厚，單位m；ρ為碎片密度，單位kg/m³；n_f為形狀系數，天然氣管道爆炸屬于徑向膨脹，取值為2；γ為多方指數，對于天然氣取1.309；r_a為壓縮天然氣膨脹至大氣壓力時的膨脹距離，單位m。

4.如權利要求1所述的一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法，其特征是，所述步驟3中根據歷史事故數據統計結果，定義出的碎片數量、碎片飛行阻力系數、碎片發射角等隨機參數概率分布類型為：

碎片數量n的分布滿足對數正態分布，其對數平均值為1.64，標準差為0.74；

計算碎片飛行阻力系數k需要的迎風阻力系數C_D和碎片面積A_D兩個隨機性參數，其中C_D在[1.1，1.8]內均勻分布，假設所有碎片面積相等，則A_D按照式(2)計算：

則碎片質量可以按照式(3)計算：

m_P＝ρA_Dδ????(3)

式中D為管道直徑，L為管道斷裂部分的總長度，n為碎片數量，經過對事故數據的統計，L在[8，16]之間均勻分布；

確定碎片發射角的分布范圍時，由于管道位于地下，碎片的發射角度受到爆炸坑的限制，其最小發射角按照式(4)計算：

式中Dc為管道埋深，Wc為彈坑寬度。經過統計，彈坑寬度滿足對數正態分布，對數平均值為2.24，標準差為0.54，確定最小發射角后，碎片發射角在之間均勻分布。

5.如權利要求1所述的一種天然氣長輸管道爆炸碎片影響范圍的計算方法，其特征是，所述步驟4中采用蒙特卡洛方法計算碎片拋射距離，確定爆炸碎片影響范圍包括如下步驟：

(1)定義碎片數量n、阻力系數k、碎片發射角的隨機參數分布類型，采用隨機抽樣產生計算參數；

(2)計算碎片投射初速度，求解碎片拋射軌跡方程并計算碎片拋射距離；

(3)在到達到計算參數最大抽樣后，處理計算結果，統計其概率分布特征，分析碎片危害影響范圍。