PANACHE-Ventex耦合模拟案例分享：非预混蒸气云爆炸仿真
现实生活中的蒸气云爆炸事故，在爆炸发生前，蒸气云常常处于非预混状态，伴随着易燃易爆气体的泄漏与扩散过程，以及在扩散过程中遇到障碍物可能会发生积聚，从而形成可燃蒸气云团，达到爆炸极限后遇明火则有可能发生爆炸。利用Fluidyn软件族之间的关联性，可以很好地还原这一过程。
本案例首先利用 PANACHE 模块，对开放环境中的易燃易爆气体扩散进行仿真模拟计算，得到蒸气云的浓度分布结果；然后通过 Ventex 的结果映射功能，将PANACHE 输出的气体云场数据映射到 Ventex 爆炸仿真域的网格节点上，确保物理量的空间连续性。爆炸是在开放环境中使用四步反应进行模拟的。
1. 三维模型构建
基于真实场景的几何建模——采用与Ventex相对应的CAE模块构建符合精度的三维物理模型如下图所示：
图1 计算域区域三维模型
2. 边界条件设置
在本案例中，边界条件设置如下所示：
3. 参与气体与化学反应
选择参与模拟的反应物和生成物混合物。用户可以从Fluidyn数据库中可用的反应物和生成物混合物中进行选择，也可以创建一个新的混合物。在本案例中，所涉及到的气体组分为：甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）和丁烷（nC4H10）。模拟中还涉及其他化学物质，包括氮气（N2）、氧气（O2）、二氧化碳（CO2）和水（H2O）。
因此，参与反应的化学反应方程为：
① CH4+2O2=CO2+2H2O
② C2H6+3.5O2=2CO2+3H2O
③ C3H8+5O2=3CO2+4H2O
④ nC4H10+6.5O2=4CO2+5H2O
4. 设置监测点
监测点位置坐标
5. 结果映射
如前文所述，产生的可燃气体蒸气云由其他软件计算结果所提供（本案例中为Fluidyn-PANACHE），要在Ventex中进行爆炸研究，需要定义一个圆柱形蒸汽云，其中包含与PANACHE扩散结果中可燃云相同数量的燃料。为此，首先需要确定PANACHE结果中可燃部分的燃料质量，然后定义蒸汽云。在Ventex中，用户可以使用结果映射选项来完成此操作。
图2 Ventex耦合PANACHE结果映射选项
6. 生成模拟文件
在完成边界条件设置后，同步配置湍流模型、燃烧反应动力学参数以及设置监测点并导入PANACHE计算结果后，利用Ventex软件内置的网格划分功能得到计算模拟网格文件，该网格利用动态网格加密技术，在建筑物密集的区域以及爆炸源位置处自动进行网格加密，在提升计算效率的同时保证计算的精度，节省计算资源。
图3 计算域网格图
7. 计算结果
根据生成的计算模拟文件开始进行仿真计算，并对计算结果进行后处理得到以下结果：
图4 高度=1m平面上的压力云图（0.53s）
图5 高度=1m平面上的压力云图（1.0 s）
图6 高度=1m平面上的压力云图（2.0s）
图7 计算域内各监测点压力时程曲线
分析以上计算结果云图和曲线图可得，爆炸事故发生后，在监测点P6、P7两个点位处爆炸所产生的压力最大，超压值分别达到885 Pa和584Pa。
当考虑到可燃蒸气云前置条件的计算时，可以利用Fluidyn软件族之间的耦合功能，将可燃蒸气云的的扩散与爆炸分成两个步骤进行计算，这样可以更好地还原整个过程，使得计算更加精确，达到功能互补。
