小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)有效性的探究與實(shí)踐及巷道內(nèi)苯蒸氣云爆炸的特性研究

中北大學(xué)20**屆畢業(yè)論文本科畢業(yè)論文論文題目：小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)有效性的探究與實(shí)踐指導(dǎo)老師：學(xué)生姓名：學(xué)號：院系：網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院專業(yè)：數(shù)學(xué)教育寫作批次：原創(chuàng)承諾書我承諾所呈交的畢業(yè)論文是本人在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。若本論文及資料與以上承諾內(nèi)容不符，本人愿意承擔(dān)一切責(zé)任。畢業(yè)論文作者簽名：___________________日期：年月日

摘要小學(xué)教學(xué)的有效性，是在實(shí)現(xiàn)基本教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，追求更大的教學(xué)效率與教學(xué)效益。如何實(shí)現(xiàn)小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的有效性呢？本文將對小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)有效性的探索與實(shí)踐手段進(jìn)行分析與闡述，利于教師提高教學(xué)效果，學(xué)生提高綜合能力。關(guān)鍵詞：小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)有效性教學(xué)效果小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)有效性的探究與實(shí)踐教學(xué)的有效性是在實(shí)現(xiàn)基本教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，追求更大的教學(xué)效率與教學(xué)效益。這種追求是在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)積極意識和自我教育能力，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中教師要科學(xué)地把握新課標(biāo)的基本理念，努力提高課堂教學(xué)的有效性。那么，如何提高小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的有效性呢？本人進(jìn)行了如下的一些探索與實(shí)踐。重視創(chuàng)設(shè)良好的課堂紀(jì)律以利于學(xué)生的學(xué)習(xí)著名的加拿大華裔心理學(xué)教授江紹倫曾經(jīng)說過：“教師必須把紀(jì)律作為他進(jìn)行教學(xué)的一個(gè)重要部分教給學(xué)生?？梢钥隙ǎ渲匾圆坏陀谒?guī)定的課程的學(xué)科內(nèi)容。”可見，課堂紀(jì)律管理不僅是教學(xué)工作的一個(gè)重要內(nèi)容，它更是組織教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，又是培養(yǎng)學(xué)生自覺遵守紀(jì)律的途徑和方法。良好的課堂紀(jì)律是教學(xué)有效性的前提和保障，只有在課堂秩序良好的基礎(chǔ)上，教師的教和學(xué)生的學(xué)才能夠達(dá)到最佳的效果。那么如何形成良好的課堂紀(jì)律呢？本人認(rèn)為：（一）、與學(xué)生搞好關(guān)系老師跟學(xué)生做朋友，讓學(xué)生喜歡老師。因?yàn)閷W(xué)生喜歡了老師，就愿意聽老師的話，何愁不守紀(jì)律？即使偶爾違反，稍一提醒，也愿意改了。于是不但能保證紀(jì)律，而且其樂融融。（二）、靠老師講課吸引力課堂紀(jì)律是為教學(xué)服務(wù)的，但是教學(xué)也反過來對紀(jì)律有很大影響。講課水平高的教師紀(jì)律問題自然少。只有那些講課不吸引學(xué)生的教師，才乞靈于嚴(yán)格的紀(jì)律。因?yàn)閷W(xué)生不愛聽，所以老師只好逼著他們聽。這實(shí)屬無奈.（三）、樹立自己在學(xué)生中的威望——“人格魅力”在教學(xué)過程中，經(jīng)常會遇到這樣兩種情況：如果學(xué)生對老師抱有好感，也就是持有歡迎的趨向和態(tài)度時(shí)，他就會非常樂意地聽從這位老師的課，樂意去完成教師所交給的任務(wù)。哪怕遇到再大的困難，也不退縮。反之，就會出現(xiàn)截然相反的效果。從心理機(jī)制的角度來看，這是由于學(xué)生在與教師的交往中，所體驗(yàn)到的情感不一樣。前者，學(xué)生體驗(yàn)到了歡樂、被人信任等肯定的情緒，而后者，則是抑郁、頹靡等否定性的情緒。由此可見，樹立自己在學(xué)生中的威望也是一個(gè)非常重要的因素。二、重視良好數(shù)學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)新教材最大的特點(diǎn)之一就是許多知識的引入和問題的提出、解決都是在一定的情景中展開的，因此，精心創(chuàng)設(shè)情境是提高數(shù)學(xué)有效性的一項(xiàng)重要教學(xué)策略。如何創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)情境？本人認(rèn)為，數(shù)學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)要有真實(shí)性，不能形式化，也不能過分依賴于多媒體課件，同時(shí)要符合不同年齡段兒童的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律來創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)情境。（一）、圍繞教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)情境教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，是為了更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，幫助學(xué)習(xí)者理解、內(nèi)化學(xué)習(xí)內(nèi)容。情境的創(chuàng)設(shè)一定要結(jié)合教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到為教學(xué)服務(wù)的目的；要有利于突破教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，提高課堂教學(xué)效益。例如在教授《用字母表示數(shù)》(人教版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)小學(xué)數(shù)學(xué)教科書五年級下冊)這一內(nèi)容時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生體會并理解含有字母的式子既表示關(guān)系，同時(shí)又表示結(jié)果，這是教學(xué)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。為了幫助學(xué)生解決這一認(rèn)知難點(diǎn)，教師可以創(chuàng)設(shè)這樣的情境：多媒體動畫出示一個(gè)魔盒，學(xué)生只要輸入一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)經(jīng)過魔盒的加工，出來的便是另一個(gè)數(shù)，如輸入的是7，出來的是17；輸入的是12，出來的是22……學(xué)生躍躍欲試，經(jīng)過幾次嘗試后，發(fā)現(xiàn)奧秘：魔盒是按一定的關(guān)系式來加工數(shù)的。于是，輸入“20”，出來“20+10”；，輸入“78”，出來“78+10”；，輸入“1.5”，出來“1.5+10”；輸入字母“x”，便出來“x+10”。這里，通過魔盒，創(chuàng)設(shè)輸入“x”出來“b+10”這一情境，從而讓學(xué)生深切體會出來的“b+10”就是結(jié)果。而在進(jìn)入的數(shù)與出來的數(shù)的不斷變化中，卻又存在著不變：出來的數(shù)總是進(jìn)入的數(shù)加10，魔盒是按“b+10”的關(guān)系式進(jìn)行加工的，即“b+10”又表示一種關(guān)系。在課堂教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)情緒的積極與否直接影響到建構(gòu)的效果。這里“魔盒”情境的創(chuàng)設(shè)，一下子吸引住了孩子們的注意力，呈現(xiàn)出了積極主動的學(xué)習(xí)狀態(tài)。當(dāng)然，魔盒只是個(gè)“道具”，而這一道具更重要的作用是幫助學(xué)生解決了認(rèn)知的難點(diǎn)：出來的數(shù)“b＋10”是一個(gè)結(jié)果，加工的關(guān)系式也是“b+10”?？梢?，教師選擇“魔盒”這一情境，能比較順利地讓學(xué)生接納了這種典型的代數(shù)思維方式，解決了學(xué)生認(rèn)知上的困難，圓滿地完成了教學(xué)目標(biāo)，取得了較好的教學(xué)效果。（二）、情境創(chuàng)設(shè)要真實(shí)、自然、力求生活化在課堂教學(xué)中我們要創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，因?yàn)檎鎸?shí)的情境接近學(xué)生的生活體驗(yàn)，任務(wù)的真實(shí)性使學(xué)生能了解自己所要解決的問題，有主人翁感。任務(wù)本身的真實(shí)性也容易啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)部動機(jī)。所以創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活實(shí)際，并有可能實(shí)現(xiàn)的情境至關(guān)重要。例如在上《認(rèn)識的初步分?jǐn)?shù)》(人教版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書三年級上冊)時(shí)，師就可以談話創(chuàng)設(shè)以下情境：“同學(xué)們，老師給大家?guī)硪粍t有趣的廣告。別小看這則廣告，只要仔細(xì)觀察、善于思考，我們還能從中聯(lián)想到今天所學(xué)的分?jǐn)?shù)呢。（多媒體播放中央電視臺的有關(guān)“多美滋奶粉”的廣告，情節(jié)是這樣的：冬冬將蛋糕平均分成4份，卻發(fā)現(xiàn)一共有8個(gè)小朋友，靈機(jī)一動，從中間橫著切一刀，便將蛋糕平均分成了8份。正在這時(shí)，第9個(gè)小朋友出現(xiàn)了。怎么辦呢？冬冬又將自己的那一塊一分為二，將1份送給了他。）然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論：把蛋糕分成4份，每份是幾分之一？分成8份呢？最后來了一個(gè)同學(xué)，共9人，冬冬把自個(gè)一塊分為兩份，這時(shí)其中一份是不是9分之一呢？廣告中生動的畫面、流暢的音樂都是學(xué)生喜聞樂見的，教師將廣告引入數(shù)學(xué)課堂真實(shí)而自然，學(xué)生在寬松和自由的氣氛中學(xué)習(xí)知識、理解知識，有效地充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動機(jī)，更好地引導(dǎo)學(xué)生體會分?jǐn)?shù)的意義。（三）、合理選擇情境創(chuàng)設(shè)的方法情境創(chuàng)設(shè)的形式是多種多樣的，如游戲情境、表演情境、故事情境、問題情境、生活情境、聯(lián)想或推理情境、自主學(xué)習(xí)情境以及任務(wù)情境等。教學(xué)中教師必須根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容以及學(xué)生實(shí)際情況合理選擇情境創(chuàng)設(shè)的方法來實(shí)現(xiàn)課堂的有效性。三、在學(xué)習(xí)的過程中重視激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性興趣是學(xué)習(xí)成功的源泉,是獲取知識的開端,是求知欲望的基礎(chǔ)。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣對課堂的教學(xué)有效性起著關(guān)鍵的作用。所以,我們在數(shù)學(xué)教學(xué)中必須根據(jù)學(xué)生的生理、心理、年齡特點(diǎn),采用多種手段激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。（一）、利用語言教學(xué)，激發(fā)學(xué)生興趣課堂上教師的語言要生動、形象，并將死板的數(shù)學(xué)知識具體化、生動化，甚至幽默化，使學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中理解并接受新知識；教師可以利用形象生動、貼近學(xué)生幽默風(fēng)趣的語言來感染學(xué)生；教師還可以安排既嚴(yán)謹(jǐn)又活潑的教學(xué)結(jié)構(gòu)，形成熱烈和諧的氛圍，使學(xué)生積極主動，心情愉快地學(xué)習(xí)，充分地調(diào)動學(xué)生打積極性和主動性。（二）、通過實(shí)踐操作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣數(shù)學(xué)課的內(nèi)容比較抽象、枯燥、沒有動人的故事情節(jié)，單憑老師講，學(xué)生往往感到疲勞、厭倦、聽不進(jìn)去、記不牢，效果就差。因此要充分發(fā)揮學(xué)生好動的特點(diǎn)，讓他們親自動手做一做、量一量、畫一畫、擺一擺，這樣學(xué)生的積極性就會更加濃厚，課堂教學(xué)效果就會顯著提高。例如，我在講平行四邊形的面積時(shí)，讓學(xué)生親自動手用“割、補(bǔ)、拼”自己操作，把平行四邊形轉(zhuǎn)化成長方形，推導(dǎo)出平行四邊形的面積，這樣學(xué)生對面積公式理解得更深刻，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。、利用直觀教學(xué)，激發(fā)學(xué)生興趣在教學(xué)中，教師既要重視學(xué)生動口、動手的能力，還應(yīng)充分利用直觀教學(xué)的各種手段，“直觀”具有看得見，摸得到的優(yōu)點(diǎn)；“直觀”有時(shí)能直接說明問題，有時(shí)能幫助理解總量，會給學(xué)生留下深刻的影響，使學(xué)生從學(xué)習(xí)中得到無窮地興趣。如：教學(xué)三角形的認(rèn)識一課，首先利用多媒體出示現(xiàn)實(shí)生活中的許多美麗的三角形狀的實(shí)物圖，接著抽象成幾何圖形，并利用多媒體具有動畫與聲音的特點(diǎn)，一一出示三角形的三條邊，出示的同時(shí)還伴有悅耳的聲音，吸引學(xué)生的注意力，學(xué)生輕而易舉地理解三角形是由三條錢段圍成的圖形，練習(xí)時(shí)還讓學(xué)生利用鼠標(biāo)操作，在眾多的圖形中找出三角形，找對了電腦會鼓勵(lì)學(xué)生“你真棒”、“你真了不起”等，這樣利用美麗的圖像形象的動畫，悅耳的聲音等引起學(xué)生的求知欲，從而激發(fā)學(xué)生興趣。、利用游戲活動，激發(fā)學(xué)生興趣新教材的教學(xué)致力于使學(xué)生將學(xué)到的數(shù)學(xué)知識層可能地應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，教師在知識鞏固這一環(huán)節(jié)中安排游戲活動，讓學(xué)生把學(xué)到的適應(yīng)應(yīng)用到模擬現(xiàn)實(shí)的各種活動中，學(xué)生就會產(chǎn)生一種強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，一種學(xué)有所獲的快樂情感。如：一年級上冊10以內(nèi)加減法課尾的各種游戲：《物體分類》動手搭出喜歡的東西；下冊《小小養(yǎng)殖場》的猜數(shù)游戲，《動手做》的剪一剪和拼一拼，《去商店》的小百貨游戲等等，我都組織學(xué)生學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)小組成員之間充分交流、配合，經(jīng)過共同努力完成一次次的任務(wù)，使他們在學(xué)中玩、玩中學(xué)，當(dāng)下課鈴聲響聲響起時(shí)學(xué)生都有“課已終而未盡”的感覺，而對一些學(xué)習(xí)成績較好的學(xué)生來說，教師則可以通過增加問題的難度，引導(dǎo)他們獨(dú)立，深入地思考問題，培養(yǎng)其解決深層次問題的能力，從而激發(fā)并保持他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。四、重視課堂教學(xué)中，學(xué)生智力發(fā)展的多樣性及相應(yīng)數(shù)學(xué)教學(xué)方法的多層性由于每個(gè)學(xué)生的生活背景、智力水平、學(xué)習(xí)習(xí)慣、能力條件等諸多方面的不同，必然帶來學(xué)生的差異性，這就要求教師在教學(xué)過程中。需充分考慮學(xué)生的個(gè)體差異，并滲透到課堂的每一個(gè)環(huán)節(jié)中。例如在課堂教學(xué)中，通過問題、練習(xí)等方面的安排，給每個(gè)學(xué)生平等的實(shí)踐鍛煉機(jī)會，激發(fā)每個(gè)學(xué)生主動參與的興趣，并提出解決問題的思路與方法。尤其對于學(xué)習(xí)能力相對薄弱的同學(xué)，教師更不能表現(xiàn)出冷落、放棄的態(tài)度，而是要多關(guān)心他們、關(guān)注他們、鼓勵(lì)他們，讓他們有更多的信心主動加入學(xué)習(xí)中。另外，教師還應(yīng)具備一定的開拓創(chuàng)新精神，充分利用各種教學(xué)資源，為學(xué)生提供豐富多彩的教學(xué)材料，讓課本“活起來”。而不是局限于枯燥的講學(xué)中。例如，在講解“統(tǒng)計(jì)”這一知識點(diǎn)時(shí)，教師可根據(jù)學(xué)生對知識的掌握情況以及教學(xué)要求、重點(diǎn)，適當(dāng)變通教學(xué)內(nèi)容，在班上開展各種活動，例如學(xué)校準(zhǔn)備建設(shè)一棟教學(xué)樓，征求所有學(xué)生的意見，是建設(shè)體育館還是科技館?經(jīng)過小組調(diào)查，統(tǒng)計(jì)各位學(xué)生意見，這樣既活躍了課堂氣氛，又讓學(xué)生的思維靈活起來，更好的理解‘‘統(tǒng)計(jì)”知識，得到事半功倍的效果。五、在課堂中要重視善于評價(jià)學(xué)生的表現(xiàn)課堂教學(xué)作為開展學(xué)習(xí)的主要渠道，對促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展起到重要作用?？茖W(xué)有效的課堂評價(jià)能夠促進(jìn)教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，也能充分體現(xiàn)教師的人格魅力與智慧魅力，也能促進(jìn)學(xué)生情感的培養(yǎng)，提高學(xué)習(xí)效果。教師的語言是課堂評價(jià)最直接、最簡便也是最及時(shí)的評價(jià)方式。情感教學(xué)最能感化學(xué)生，引發(fā)學(xué)生課堂的注意力，既利于教學(xué)的開展，又充滿人文關(guān)懷；但是情感激勵(lì)教學(xué)也要尊重事實(shí)，不能盡是贊揚(yáng)之聲或者將學(xué)生捧得過高?？梢?，評價(jià)語言的應(yīng)用方式，也要選取不同的場合、不同的時(shí)機(jī)，注重其語言評價(jià)的針對性、感染性、啟發(fā)性、激勵(lì)性。例如：在“有趣的七巧板”實(shí)踐活動中，教師放手讓學(xué)生參與利用七巧板拼圖的活動。在學(xué)生展示自己所拼的圖形時(shí)，讓其他學(xué)生說說他是用幾塊板拼成的，拼成了什么圖形，也注意讓學(xué)生介紹自己是怎樣想的、怎樣拼的，對學(xué)生拼圖的方法進(jìn)行評價(jià)。這樣，就能通過評價(jià)加深學(xué)生對于拼圖方法的體會。對于一些平時(shí)動手能力和想像能力不強(qiáng)的學(xué)生，只要他們能按要求完成活動，我都注意給予表揚(yáng)和鼓勵(lì)，讓他們獲得成功的體驗(yàn)。在教學(xué)中，教師應(yīng)通過多樣化的評價(jià)手段，促使學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中獲得有效的發(fā)展。課堂上教師的鼓勵(lì)語言、禮貌動作、親切微笑都是對學(xué)生的一種最基本的評價(jià)手段。在學(xué)生因?yàn)榫o張站起來后一言不發(fā)時(shí)，教師要耐心等待，并給予熱情鼓勵(lì)：“別急，慢慢講”或者“剛才還沒有想好，是嗎？”在學(xué)生注意力不集中時(shí)摸摸學(xué)生的頭，拍拍學(xué)生的肩膀，給學(xué)生一些善意的提示。這樣的語言和行動上的評價(jià)讓學(xué)生感受到老師的信任，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的信心。提高了課堂教學(xué)的有效性。六、創(chuàng)造性的使用數(shù)學(xué)教材以及選擇合適的教學(xué)方法，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和提高整體的學(xué)習(xí)效果教材是教師進(jìn)行教學(xué)、學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的重要資源，但是，教材只是教學(xué)的依據(jù)之一，教師應(yīng)樹立“用教材教”，而不是“教教材”的新觀念。這是因?yàn)?，一方面教材不可能反映?shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)所需的全部信息，特別是科技和社會發(fā)展的最新信息，另一方面學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)以及掌握知識的方式是不一樣的，也就是學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)不同，因此教師根據(jù)學(xué)情對教材進(jìn)行合適、恰當(dāng)?shù)脑賱?chuàng)造，是提高教學(xué)有效性的先決條件。（一）、對教材進(jìn)行歸類重組，培養(yǎng)提高學(xué)生的探索與創(chuàng)新等學(xué)習(xí)能力為了便于小學(xué)生理解和接受，教材往往呈現(xiàn)一些基本現(xiàn)象和事實(shí)，需要教師對其進(jìn)行加工、提煉；另外，對教材所呈現(xiàn)的一些知識點(diǎn)，也需要教師根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，進(jìn)行歸類處理，確定重難點(diǎn)。例如在教學(xué)《圓的周長》時(shí)，一開課就聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際設(shè)疑：若要你做一個(gè)直徑為40厘米的鐵環(huán)需要多長的圓鐵條？從而將數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化為學(xué)生的個(gè)人需要；在測量圓的周長時(shí)滲透“化曲為直”的方法；再通過觀察圓周長與直徑的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生大膽猜測，小心求證，得出圓周率，從而推導(dǎo)出圓的周長計(jì)算公式，在整個(gè)過程中滲透學(xué)法指導(dǎo)，這就是教師的再創(chuàng)造。（二）、活化例題，提高課堂學(xué)習(xí)效率教材中有的例題與學(xué)生的生活聯(lián)系不緊，不容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師應(yīng)“活化”例題，把例題轉(zhuǎn)換成學(xué)生生活實(shí)際中經(jīng)常遇到的問題，即將數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容生活化，便于有效地激發(fā)學(xué)生解決問題的求知欲。例如“求平均數(shù)應(yīng)用題”的教學(xué)中，可以大膽地把例題改成：“體育課上，男、女生進(jìn)行跳繩比賽，男生15人，共跳了1800個(gè)；女生10人，共跳了1350個(gè)。誰取得了勝利？”讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，從而自然引出求平均數(shù)的需求。這樣的設(shè)計(jì)，既激發(fā)了學(xué)生的探究意識，又讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)很有價(jià)值，進(jìn)而提高課堂教學(xué)的有效性。、選擇合適的教學(xué)方法，提高整體學(xué)習(xí)效果的有效性“教無定法?！弊詈玫慕虒W(xué)方法是適合的方法。教學(xué)實(shí)踐證明，不管是傳統(tǒng)的接受學(xué)習(xí)還是流行的探究學(xué)習(xí)方法，教學(xué)中絕對的、萬能的、最好的教學(xué)方法是沒有的。但不管采用何種方法，都應(yīng)落腳于是否調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，是否促進(jìn)了學(xué)生的活動尤其是思維活動，是否產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。否則任何方法都是低效或無效的。只有靈活機(jī)動地選擇合適的教學(xué)方法，才能有效地提高課堂教學(xué)效果。總之，提高數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的有效性是一個(gè)長遠(yuǎn)常新的課題，我們需要思考的問題還有很多，如關(guān)于學(xué)習(xí)評價(jià)的改革、提高課堂教學(xué)有效性與整體成績的提高是否成正比等，但筆者認(rèn)為：提高數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的有效性應(yīng)以促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展為本,不僅要使學(xué)生掌握各種有用的基礎(chǔ)知識和基本技能，而且要使學(xué)生有高尚的人格、良好的品質(zhì)，還要學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會做人、學(xué)會感恩……讓我們共同努力，使數(shù)學(xué)課堂真正成為學(xué)生展示激情、智慧和個(gè)性的舞臺，以期不斷地提高數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的有效性。參考文獻(xiàn)1．】王海莢：斌新課程標(biāo)準(zhǔn)下小學(xué)數(shù)學(xué)有效性教學(xué)策略芻議》，《新課程學(xué)習(xí)》(基礎(chǔ)教育)2010(9)。2．吳仲華：《科學(xué)運(yùn)用信．怠化教學(xué)資源提高小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)有效J|生》，Ⅸ教育信息技術(shù)》，2010(2)。3．崖文科：《在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中如何評價(jià)學(xué)生》，《廣西教育》，2012年37期。畢業(yè)論文巷道內(nèi)苯蒸氣云爆炸的特性研究學(xué)生姓名：學(xué)號：學(xué)院：化工與環(huán)境學(xué)院專業(yè)：安全工程指導(dǎo)教師：20年06月摘要本課題利用計(jì)算流體動力學(xué)軟件AutoReaGas定量研究障礙物、障礙物阻塞比對模擬巷道內(nèi)苯蒸氣云爆炸超壓、溫度、燃速的影響，進(jìn)而通過對這幾組數(shù)據(jù)的分析了解苯蒸氣云爆炸的危險(xiǎn)特性。研究結(jié)果表明：當(dāng)有障礙物存在時(shí)，爆炸超壓、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆逯刀紩@著增加，且峰值超壓隨著障礙物阻塞比的增加而增加。另外在泄壓口處，其各項(xiàng)數(shù)值都達(dá)到最大，其危險(xiǎn)性也最高。并依據(jù)研究結(jié)果，聯(lián)系實(shí)際情況制定有效的防范措施，為可燃?xì)怏w爆炸的研究提供進(jìn)一步的思路。關(guān)鍵詞：苯；蒸氣云爆炸；超壓；溫度；燃速；數(shù)值模擬；障礙物abstractUsingcomputationalfluiddynamicssoftwareAutoReaGasquantitativestudyofobstacles，obstaclesblockingthesimulatedroadwaybenzenevaporcloudexplosionoverpressure，temperature，burningrateofimpact.Bythesegroupsofdataanalysistounderstandthehazardouspropertiesofbenzenevaporcloudexplosion.Theresultsshowthat：whenobstaclesexist，explosionoverpressure，thepeakflamepropagationspeedwillbesignificantlyincreased，andpeakoverpressureincreaseswiththeobstaclesblockingratioincreases.Inaddition，atthepressurereliefopenings,itsvaluereachesthemaximum，theriskofthehighest.Basedontheresults，contacttheactualsituationtodevelopeffectivepreventivemeasures，providefurtherideasforthestudyofcombustiblegasexplosion.Keywords：benzene；Steamcloudexplosion；Overpressure；Temperature；Burningrate；Numericalsimulation；obstacles頁共35頁引言工業(yè)生產(chǎn)過程中,特別是化工和石油化工生產(chǎn)中,可燃性氣體得到廣泛應(yīng)用。絕大多數(shù)情況下,可燃性氣體會密封在密閉空間中,反應(yīng)器、反應(yīng)釜、貯罐、管道等裝置通?？捎脕韮Υ婊蜉斔瓦@類氣體。由于裝置設(shè)備本身的缺陷或人為因素導(dǎo)致裝置內(nèi)混入空氣形成可燃?xì)怏w混合物而達(dá)到爆炸極限,遇引燃源就會發(fā)生氣體爆炸事故。一旦發(fā)生該類事故,就會導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計(jì),在石油化工、塑料、橡膠合成及天然氣等行業(yè),可燃?xì)怏w爆燃在事故總數(shù)中所占的比例分別高達(dá)46%、42%和60%,而且單次事故所造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失也大大高于其它事故[1]。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,生產(chǎn)裝置常常需要通過管道連接而形成容器管道系統(tǒng)。就單個(gè)容器而言,由于受到約束作用,氣體爆炸會產(chǎn)生較高的壓強(qiáng)和壓力增長速率,通常會產(chǎn)生相同條件下裝置外蒸氣云爆炸更高的壓強(qiáng),以至于很多裝置或設(shè)備不能承受而造成員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。而在容器管道系統(tǒng)中,此類爆炸事故的后果更為嚴(yán)重。1．1國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展國外關(guān)于單個(gè)容器或管道氣體爆炸的研究起步較早,已取得了大量的研究成果。如Bartknecht[2]對封閉容器內(nèi)的可燃?xì)怏w爆燃進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究,探討了容器體積對可燃?xì)怏w爆燃強(qiáng)度的影響,提出了立方根定律,該定律已被國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6184“ExplosionProtectionSystem”所采用。研究者通過大量實(shí)驗(yàn)研究了密閉容器中爆炸發(fā)展規(guī)律,建立了描述容器內(nèi)氣體爆炸發(fā)展過程的理論模型,比較典型的爆炸模型有:等溫模型、絕熱模型和一般模型[3]。由于在工業(yè)生產(chǎn)中可燃?xì)怏w爆燃很多是發(fā)生在有障礙物的設(shè)備內(nèi),如塔、反應(yīng)器等,因此,近些年來,國內(nèi)外對受限空間內(nèi)障礙物對氣體爆炸過程的影響進(jìn)行了較多的研究。如Ritsu、Masri對管道內(nèi)可燃?xì)怏w爆燃強(qiáng)度進(jìn)行了研究,定性描述了障礙物形狀對爆燃壓力的影響。Ibrahim介紹了一套新的實(shí)驗(yàn)裝置,綜合研究了障礙物尺寸、阻塞率以及泄放壓力對預(yù)混火焰爆燃過程超壓的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)置的是單層障礙物,阻塞率從10%到75%。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),障礙物的阻塞率不同,火焰的形狀和傳播速度也不同。最大超壓通常隨著阻塞率的升高而升高。國內(nèi)研究者通過建立大型的實(shí)驗(yàn)管道和實(shí)驗(yàn)巷道來研究障礙物對氣體爆炸過程的影響。北京理工大學(xué)爆炸災(zāi)害預(yù)防與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用80m長水平管道,進(jìn)行了氣體爆炸規(guī)律的初步研究,如障礙物對蒸氣云燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響[4]。1．2理論研究概況受限空間氣體爆炸發(fā)展過程較為復(fù)雜,建立比較準(zhǔn)確的理論模型描述爆炸發(fā)展過程是很困難的。由于工程應(yīng)用的實(shí)際需要,研究人員通過各種假設(shè)建立了適合于工程應(yīng)用的爆炸模型,先后提出了等溫模型、絕熱模型和一般模型[5,6]。等溫爆炸模型比較簡單,對受限空間氣體爆炸壓力和壓力上升速率的計(jì)算比較粗糙,誤差較大。主要是忽略了溫度和壓力變化對爆炸過程的影響。絕熱爆炸模型是在等溫爆炸模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn),考慮了絕熱壓縮對氣體混合物溫度和壓強(qiáng)的影響以及壓力對燃速的影響,其精確度比等溫爆炸模型高。J.Lee于1985年通過引進(jìn)化學(xué)反應(yīng)度λ提出了密閉容器中爆炸發(fā)展的一般模型,該模型較為詳細(xì)地描述了容器內(nèi)氣體爆炸發(fā)展過程的3個(gè)階段:點(diǎn)火前容器內(nèi)初始狀態(tài),點(diǎn)火后氣體燃燒狀況和火焰面達(dá)到容器壁面的狀況。研究者從等容絕熱燃燒模式出發(fā),采用球面火焰假設(shè)對受限空間氣體爆炸進(jìn)行了研究。如Chippett考慮了球形容器內(nèi)燃燒狀況的影響,通過加入湍流加速因子、燃燒不穩(wěn)定性因子和火焰面變形系數(shù)對容器內(nèi)氣體爆炸過程進(jìn)行了理論分析,理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。Russel在熱力學(xué)分析的基礎(chǔ)上提出了絕熱混合模型計(jì)算部分填充可燃?xì)怏w的受限空間內(nèi)氣體爆炸,該模型可以預(yù)測產(chǎn)生特定壓力所需要的燃料的最小質(zhì)量。張艷春等運(yùn)用有效能概念提出了預(yù)測封閉容器內(nèi)可燃?xì)怏w爆燃最大壓力的方法。近年來,隨著計(jì)算流體動力學(xué)的蓬勃發(fā)展,國內(nèi)外研究者采用數(shù)值模擬方法對氣體爆炸進(jìn)行了研究。關(guān)于受限空間可燃?xì)怏w爆炸數(shù)值模擬研究,國外已進(jìn)行了大量的工作。國內(nèi)學(xué)者對受限空間氣體爆炸也進(jìn)行了一些數(shù)值模擬研究工作。如郭文軍利用特征線方法對一維密閉容器中氣體爆炸進(jìn)行了模擬研究,得到了壓力和密度等隨時(shí)間變化的計(jì)算數(shù)據(jù)。畢明樹等采用均勻能量釋放模型,對管道內(nèi)氣體爆炸進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,獲得了受限空間氣體爆炸壓力和壓力上升速率。楊宏偉等通過考慮障礙物對爆炸場的附加作用,通過修改方程的源項(xiàng),建立了湍流加速火焰現(xiàn)象的理論模型,模擬了障礙物和摩擦管壁在三維空間中導(dǎo)致火焰加速的現(xiàn)象。1．3本課題研究目標(biāo)及內(nèi)容本文擬在前人工作的基礎(chǔ)上，通過理論與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，從溫度、超壓和沖量三個(gè)方面對苯蒸氣云爆炸的危險(xiǎn)特性進(jìn)行研究。主要研究障礙物對這三個(gè)指標(biāo)的影響效應(yīng)，探討障礙物對苯蒸氣云爆燃強(qiáng)度的加強(qiáng)機(jī)理，為苯蒸氣及其他可燃?xì)怏w的防爆抑爆提供一定的研究基礎(chǔ)。研究目標(biāo)運(yùn)用AutoReagas軟件對巷道內(nèi)苯蒸氣云爆炸的多種可能且具代表性的情況進(jìn)行模擬。本課題主要從空間大小、有無障礙物以及障礙物的大小多少，即從阻塞比方面進(jìn)行模擬，以此研究爆壓、溫度和爆速的變化。研究內(nèi)容通過對苯蒸氣云爆炸的爆壓、溫度和爆速改變，科學(xué)合理分析這些改變可能對人及環(huán)境和設(shè)備的破壞，并據(jù)此制定出可行的改進(jìn)方案或提出新的防治措施。1．4研究方法評價(jià)蒸氣云爆炸的方法有很多，比較具有代表性的有TNT當(dāng)量法、TNO多能法、自相似法、比例縮放方法及CFD（流體動力學(xué)數(shù)值模擬）方法。幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般根據(jù)實(shí)際情況選擇使用。1.4.1經(jīng)驗(yàn)與理論研究研究蒸氣云爆炸的方法有很多，這方面的經(jīng)驗(yàn)與理論研究工作主要有TNT當(dāng)量法、TNO多能法、自相似法、比例縮放方法和CFD模擬方法等，幾種方法各有優(yōu)缺，通常視具體情況選擇使用。（1）TNT當(dāng)量法TNT當(dāng)量法是評價(jià)蒸氣云爆炸破壞力的典型方法，此法簡單方便，適用于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方面，但用以計(jì)算蒸氣云破壞力時(shí)有一些不足：比如忽略了爆源體積、加快了蒸氣云爆能量釋放炸速率、對蒸氣云爆炸產(chǎn)生的沖擊波的強(qiáng)度和衰減考慮的不足，同時(shí)TNT當(dāng)量法沒有考慮約束的影響。（2）TNO多能法[7]針對TNT當(dāng)量法忽視爆源性質(zhì)，TNO多能法綜合考慮了可燃?xì)怏w活性、湍流加速、局部約束等因素對爆燃強(qiáng)度的影響，概念清楚，理論上較為合理，該模型經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證和修正，比較接近事實(shí)，但也有一些缺點(diǎn)，如應(yīng)用上帶有較強(qiáng)的主觀性。（3）自相似法自相似法以流場分布為研究對象，結(jié)束了實(shí)驗(yàn)研究只能以有限點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)測定的歷史。但是該方法在理論上也存在一定不足之處，比如把火焰的傳播速度認(rèn)為是層流傳播的速度，而忽略了壓力波對速度的影響；另外，該方法也沒有考慮障礙物對壓力波的影響，只考慮了蒸氣云自身的發(fā)展，因此自相似法是過度簡化了的模型。（4）比例縮放方法這種觀點(diǎn)認(rèn)為，氣云的爆炸威力可根據(jù)氣云的尺寸進(jìn)行縮放。密閉容器內(nèi)可燃?xì)怏w爆燃時(shí)升壓速度與容器體積之間存在立方根定律，即升壓速度與容器體積的1/3次方成反比。例如，以1000m3的氣云進(jìn)行爆燃實(shí)驗(yàn)，測得壓力與距離的關(guān)系曲線。對其他體積為V的氣云爆燃，按實(shí)際氣云體積與1000m3的比值的1/3次方計(jì)算所關(guān)心點(diǎn)的當(dāng)量距離，即r然后根據(jù)req從測得的1000m3（5）CFD(計(jì)算流體動力學(xué))模擬方法該方法綜合考慮了點(diǎn)火能、蒸氣云類別和濃度、障礙物、泄放口等實(shí)際情況，這些在預(yù)測氣云爆炸時(shí)是非常重要的。CFD軟件可以和GIS系列軟件實(shí)現(xiàn)鏈接，一目了然地在地圖上顯示出沖擊波的影響范圍，為應(yīng)急救援提供幫助。原理：建立物理模型和數(shù)學(xué)模型，設(shè)置初始條件和邊界條件，選擇合適的求解器進(jìn)行求解。不足之處：①模擬時(shí)要有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，而有些問題機(jī)理尚未完全弄清楚，很難有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。②對數(shù)學(xué)方程進(jìn)行離散化處理時(shí)，需要對穩(wěn)定性、收斂性等進(jìn)行分析，而分析方法大部分對線性方程是有效的，對非線性方程則不是十分有效。但是對于復(fù)雜度一般的可燃?xì)怏w爆炸的情況，只要使用正確的湍流和燃燒模型，CFD就可以對爆炸過程進(jìn)行細(xì)致的描述，并可以得到實(shí)驗(yàn)過程得不到的細(xì)節(jié)。1.4.2研究方法的選擇及依據(jù)本次課題擬選用CFD法和TNO多能法作為主要理論研究基礎(chǔ)，結(jié)合AutoReagas軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。其原因主要在于該方法相較其他方法對苯蒸氣云的適用度較高，對該類型實(shí)驗(yàn)的研究更為成熟。同時(shí)，CFD法及TNO多能法也是AutoReagas軟件設(shè)計(jì)時(shí)的主要理論基礎(chǔ)。本課題的研究對象是苯蒸氣，針對的實(shí)際環(huán)境是巷道。先前有部分學(xué)者和研究人員做過類似的可燃?xì)怏w和空氣的混合氣在指定的環(huán)境中爆炸的研究實(shí)驗(yàn)，但綜觀國內(nèi)，該種類型實(shí)驗(yàn)的總體數(shù)量依然不多，其原因主要有以下幾點(diǎn)：①安全性。此類實(shí)驗(yàn)通常研究的是可燃?xì)怏w與空氣混合物的爆燃、爆轟的特性，因此在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中隱含著極大的危險(xiǎn)性；②經(jīng)費(fèi)問題。類似的這種大型實(shí)驗(yàn)，一般要解決場地問題，以及實(shí)驗(yàn)所需的相關(guān)的可燃?xì)怏w、各種感應(yīng)元件、探測器材、計(jì)算機(jī)等電子儀器，而且還要耗費(fèi)大量的人力物力，因此該類型實(shí)驗(yàn)通常由國家立項(xiàng)或機(jī)構(gòu)支持，對個(gè)人而言難度很大；③結(jié)論的適用度和準(zhǔn)確性。單一的通過實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論往往具有針對性，同樣的結(jié)論可能會因?yàn)榄h(huán)境的變化而不再適用，因此這類實(shí)驗(yàn)達(dá)到的結(jié)果往往不具備廣泛的代表性，在數(shù)學(xué)上和物理上難以完全準(zhǔn)確地描述，在實(shí)驗(yàn)上也難以形成規(guī)律性結(jié)論。尤其對于巷道內(nèi)時(shí)有突發(fā)情況的環(huán)境，實(shí)驗(yàn)的方法顯然難以以一概全。鑒于以上原因，考慮到在實(shí)際的巷道中進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)更是充滿了極大的困難和危險(xiǎn)性，所以本文擬在前人工作的基礎(chǔ)上，借助AutoReagas軟件，盡量模擬出接近實(shí)際的巷道條件，同時(shí)對可能發(fā)生的苯泄漏情況在軟件框定的范圍內(nèi)進(jìn)行多個(gè)參數(shù)的模擬，并對最終測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織計(jì)算，通過對爆壓、爆炸溫度、爆速的分析，高度還原苯蒸氣云在巷道內(nèi)爆炸產(chǎn)生的破壞效應(yīng)，達(dá)到最終了解此種危險(xiǎn)并預(yù)防的主要目的。用AutoReagas軟件進(jìn)行數(shù)值模擬的最大好處就是，既能避免實(shí)際的危險(xiǎn)性，同時(shí)又能綜合考慮實(shí)際發(fā)生的環(huán)境變化情況，并可對隨時(shí)隨機(jī)的外界變化，分次進(jìn)行模擬，且模擬結(jié)果可信度非常高。1．5苯及苯蒸氣云的主要物理特性苯（Benzene，C6H6）在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，并具有強(qiáng)烈的芳香氣味。苯可燃，有毒，也是一種致癌物質(zhì)。能與乙醇、乙醚、丙酮、四氯化碳、二硫化碳、冰乙酸和油類任意混溶，微溶于水。苯的沸點(diǎn)為80.1℃，熔點(diǎn)為5.5℃，易揮發(fā)。苯比水密度低，密度為0.88g/ml，但其分子質(zhì)量比水輕。苯難溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一種良好的有機(jī)溶劑，溶解有機(jī)分子和一些非極性的無機(jī)分子的能力很強(qiáng)，除甘油、乙二醇等多元醇外能與大多數(shù)有機(jī)溶劑混溶，除碘和硫稍溶解外，無機(jī)物在苯中不溶解當(dāng)苯遇熱達(dá)到沸點(diǎn)形成苯蒸氣后，其相對蒸氣密度（空氣=1）為2.77。蒸汽壓（26.1℃）是13.33kPa，臨界壓力4.92MPa。苯的最小點(diǎn)火能為0.20mJ，其爆炸上限（體積分?jǐn)?shù)）為8%，爆炸下限（體積分?jǐn)?shù)）為1.2%。1.5.1貯存方法和應(yīng)急措施由于苯自身易燃，且沸點(diǎn)較低，所以應(yīng)貯于低溫通風(fēng)處，遠(yuǎn)離火種、熱源，且與氧化劑、食用化學(xué)品等分儲。防止陽光直射，庫溫不宜超30℃。堆垛不可過高、過大、過密，切忌把整個(gè)倉間堆成一個(gè)大垛。要留有防火檢查、消防施救的通道。管道閥門要密封，灌裝時(shí)流速不應(yīng)超過3m/s，而且要有導(dǎo)除靜電的接地裝置[8]。在苯儲區(qū)一定范圍內(nèi)禁止使用易產(chǎn)生火花的工具。同時(shí)苯具有一定毒性，所以還應(yīng)保證存儲器物密閉，謹(jǐn)防泄漏致人中毒。苯泄漏時(shí)，首先要切斷所有火源，戴好防毒面具、膠鞋、手套等，用不燃性分散劑制成乳液刷洗。如無分散劑可用砂土吸收后運(yùn)到空曠地方掩埋或任其蒸發(fā)掉。受污染的地面，要用肥皂或洗滌劑洗刷，洗水經(jīng)稀釋后排入廢水系統(tǒng)[9]。發(fā)生苯燃燒時(shí)，應(yīng)該用泡沫、干粉、二氧化碳、砂土等滅火，用水滅火無效。本文主要研究苯蒸氣云爆炸方面的內(nèi)容。此次研究將為巷道以及其他涉及到苯蒸氣的工況，在預(yù)防苯蒸氣云爆炸以及災(zāi)后處理等方面提供進(jìn)一步的思路和基礎(chǔ)。爆炸的類型、評測手段及影響因素爆炸一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的課題，這方面的研究工作可分為兩方面[10]。一方面用于軍事領(lǐng)域，主要研究凝聚相炸藥和燃料－空氣炸藥（Fule-AirExplosive，簡稱FAE）的爆炸威力，開發(fā)先進(jìn)武器。另一方面用于工業(yè)防爆，主要研究可燃?xì)怏w的爆炸威力，以便有針對性地提出防爆措施。關(guān)于工業(yè)可燃性氣體爆炸威力及其防治方面的研究，主要有三大類：一類是研究管道內(nèi)氣體點(diǎn)燃后由爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變過程，從可燃介質(zhì)中的亞聲速和超聲速的概念出發(fā)，研究爆燃轉(zhuǎn)爆轟的原因和規(guī)律；第二類是容器內(nèi)氣體爆炸的強(qiáng)度及安全泄放過程，從熱力學(xué)原理出發(fā)，對容器內(nèi)氣體的爆炸過程進(jìn)行理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，確定適宜的爆炸泄放方法和泄放面積。第三類是研究弱點(diǎn)火條件下的氣云爆炸過程這正是工業(yè)生產(chǎn)中氣云爆炸災(zāi)害的最一般情況。本文的工作就是針對這第三種情況中苯的蒸氣云爆炸進(jìn)行研究，因此主要進(jìn)行這方面的文獻(xiàn)評述。2．1爆炸的基本形式及特點(diǎn)爆炸的分類通常有很多種分類方法，如根據(jù)爆炸的能量來源區(qū)分，可以分為物理爆炸、化學(xué)爆炸、核爆炸；根據(jù)爆炸物的相區(qū)分可以分為液相爆炸、氣相爆炸和固相爆炸等。本課題依據(jù)爆炸源本身的體積對爆炸過程的影響程度進(jìn)行分類，將爆炸源分為理想爆源和非理想爆炸源兩類[11]。2.1.1理想爆源所謂理想爆源是指點(diǎn)爆炸源。它具有三個(gè)關(guān)鍵特征：①能量密度大，爆源體積可忽略不計(jì)，因此可視為點(diǎn)源；②爆炸過程中能量瞬間釋放，即點(diǎn)火后的一瞬爆炸壓力就達(dá)到最大值；③爆源區(qū)壓力高，爆炸產(chǎn)生的的沖擊波初始壓力可達(dá)50MPa量級，爆炸破壞的主要形式是由空氣沖擊波造成的，破壞作用范圍可達(dá)對比距離為λ=50λ=r/3W式中r是據(jù)爆源的距離，W是爆源的質(zhì)量。理想爆源的爆炸場可用相似理論進(jìn)行計(jì)算。凝聚相炸藥爆炸和核爆炸是人們最熟悉的理想爆源的爆炸形式。凝聚相炸藥在起爆后數(shù)微秒內(nèi)就發(fā)展成爆炸的最高形式——爆轟。凝聚相炸藥的爆炸參數(shù)已能精確計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測量。2.1.2非理想爆源不符合理想爆炸源特點(diǎn)的爆炸源統(tǒng)稱為非理想爆炸源。在工業(yè)上，有些油氣燃料如天然氣、苯、汽油等在生產(chǎn)運(yùn)輸和存放過程中因?yàn)橐馔庑孤对诖髿庵行纬煽扇細(xì)庠?，一旦遇到火源就會產(chǎn)生爆炸，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。這種工業(yè)可燃性氣體爆炸，爆源的能量密度與能量釋放速率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于凝聚相炸藥，一般烴類氣體與空氣混合物的燃燒速率為0.4～1.5m/s左右，如表2.1[12]所列舉的常見的一些混合氣體的最大燃燒速度。表2.1各種混合氣體的最大燃燒速度混合氣燃料配比（%）燃燒速度（cm/s）甲烷-空氣 9.96 33.8乙烷-空氣6.48 40.1丙烷-空氣4.54 39.0丁烷-空氣3.52 37.9戊烷-空氣2.92 38.5巳烷-空氣2.51 38.5乙烯-空氣2.26 38.6丙烯-空氣7.40 68.3一氧化碳-空氣51.0 45.0氫氣-空氣43.0 270苯-空氣3.34 40.7二硫化碳-空氣2.65 57.0甲醇-空氣12.3 55.0一氧化碳-氧氣77.0 108氫-氧氣70.0 890這種爆炸不能再用點(diǎn)點(diǎn)火源模型進(jìn)行研究。工業(yè)可燃?xì)怏w爆炸事故大多是由弱點(diǎn)火（點(diǎn)火能量小于100J，苯的最小點(diǎn)火能為0.2mJ）點(diǎn)燃可燃?xì)怏w引起的，其傳播形式大多是以亞音速傳播的爆燃波。爆燃波的傳播過程很復(fù)雜，受環(huán)境條件物理因素的影響極大，因此必須采用與凝聚相炸藥不同的研究方法和實(shí)驗(yàn)手段研究可燃性氣體爆炸過程?？扇?xì)怏w的爆炸具有三個(gè)顯著特征[13]：①爆源體積不能忽略，且隨著爆炸的進(jìn)行，爆源體積在增大；②能量的釋放速率有限，逐層燃燒，逐層釋放；③爆源區(qū)壓力較低，且與爆源體積有關(guān)，通常為幾千帕到幾百千帕。通常的可燃混合氣體的燃燒爆炸，都從屬于非理想爆源這一類型。2.1.3可燃?xì)庠迫紵幕拘问郊疤攸c(diǎn)可燃?xì)怏w的燃燒爆炸有四種類型：定壓燃燒、爆燃、爆轟和定容爆炸[14]。本文對苯蒸氣云爆炸的研究，實(shí)際正是建立在可燃?xì)怏w爆燃這一過程的基礎(chǔ)上。（1）定壓燃燒定壓燃燒屬于無約束敞開型燃燒。在該類型燃燒過程中，燃燒產(chǎn)物能及時(shí)不斷地向后排放，系統(tǒng)壓力始終保持與初始環(huán)境壓力相平衡，是恒定不變的。（2）定容爆炸定容爆炸是燃料混合物在剛性容器中，均勻地同時(shí)點(diǎn)火時(shí)所發(fā)生的燃燒過程。顯然該模型屬于理想模型，實(shí)際情況下很難做到同時(shí)均勻地點(diǎn)火，最一般的情況是在局部點(diǎn)火，然后燃燒逐漸擴(kuò)展到整體。由于爆炸過程十分迅速，密閉容器中局部點(diǎn)火所形成的參數(shù)與定容爆炸幾乎相同，因此可用定容爆炸模型來處理。在此過程中，容器體積保持不變，混合氣體密度也隨之不便，容器內(nèi)壓力隨釋放的化學(xué)能的增加而增加。通常在密閉空間內(nèi)的混合氣體一旦著火，火焰便在整個(gè)容器內(nèi)迅速傳播，使整個(gè)容器中充滿高壓氣體。內(nèi)部壓力在短時(shí)間內(nèi)急劇上升，但如不形成爆轟的話，其最高壓力一般不超過初壓的10倍[15]，對大部分烴類－空氣混合氣體，在化學(xué)計(jì)量濃度下定容爆炸的壓力大約為初始壓力的7～8倍，苯與空氣的混合氣體爆炸最大壓力不超過900KPa，以下表2.2是幾種常見氣體的最大爆炸壓力。表2.2幾種常見混合氣體的最大爆炸壓力名稱Pmax(KPa)名稱Pmax(KPa)氫甲烷己烷乙炔乙烯7407208701030890苯 900一氧化碳 730標(biāo)準(zhǔn)汽油 850城市煤氣 700乙醇 750如果氣體燃燒過程中，火焰遇到約束，或者由于擾動而使火焰在預(yù)混氣體中逐漸加速，則會建立起一定的壓力，形成壓力波，這樣的過程稱為爆燃，爆燃產(chǎn)生的壓力遠(yuǎn)比預(yù)混合氣體在密閉容器中燃燒產(chǎn)生的壓力低得多。（3）爆燃可燃?xì)庠迫紵话愕陌l(fā)展情況都是爆燃。爆燃是一種帶有壓力波的燃燒，火焰以亞音速傳播，壓力波則以當(dāng)?shù)匾羲傧蚯皞鞑?，行進(jìn)在火焰陣面之前，也叫前驅(qū)沖擊波，沖擊波引起的超壓變化范圍為幾千帕至幾百千帕之間。因此，爆燃是由前驅(qū)沖擊波和后隨火焰陣面構(gòu)成的。開敞空間可燃?xì)庠频谋ㄟ^程通常屬于爆燃過程。以亞音速傳播的火焰陣面前方有前驅(qū)沖擊波擾動，即火焰在已被擾動的介質(zhì)中傳播，從而形成兩波三區(qū)結(jié)構(gòu)[16]，如圖2.1所示。兩波即為沖擊波與火焰面，它們把整個(gè)流場分為三個(gè)區(qū)域，0區(qū)為可燃混合氣的初始狀態(tài)；1區(qū)為前驅(qū)沖擊波通過后的狀態(tài)，為已擾動區(qū)；2區(qū)為火焰面通過后的狀態(tài)。2區(qū) 1區(qū) 0區(qū)e2、C2Df→ CDse→C 爆燃波陣面 前驅(qū)沖擊波陣面 e-比內(nèi)能；u-粒子速度；C-音速；γ-等熵指數(shù)圖2.1爆燃過程的兩波三區(qū)結(jié)構(gòu)爆燃過程的研究工作較復(fù)雜，是因?yàn)楸贿^程是不穩(wěn)定的燃燒波傳播過程，在不同的條件下，其發(fā)展結(jié)果也是不確定的。如果排氣及時(shí)則可使沖擊波減弱，直至沖擊波消失，演變?yōu)槎▔喝紵?；相反如果爆燃的約束增強(qiáng)，火焰加速，直至火焰陣面趕上前驅(qū)沖擊波陣面，火焰陣面和沖擊波陣面合二為一，成為一個(gè)帶化學(xué)反應(yīng)區(qū)的沖擊波[17]，就轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。此外，由于爆燃過程火焰以亞音速傳播，所以外界環(huán)境對爆燃過程有較大的影響。如果爆燃過程受到強(qiáng)烈干擾，火焰逐漸加速并趕上前驅(qū)沖擊波，即火焰陣面與壓力波陣面重合，形成了爆轟波。爆燃過程所產(chǎn)生的爆炸波和爆炸場既不具有解析解，也不能再用點(diǎn)源爆炸模型。（4）爆轟爆轟是氣體燃燒的最高形式，與爆燃相比，是完全不同的燃燒模式。爆轟波只具有一區(qū)兩波結(jié)構(gòu)，一波為帶化學(xué)反應(yīng)的沖擊波，它把流場分為已燃與未燃兩區(qū)。爆轟波相對于波前反應(yīng)區(qū)來說是超音速傳播的，它把流場分為已燃與未燃兩區(qū)。爆轟波相對于波前反應(yīng)物來說是超音速傳播的，其典型速度為每秒幾千米量級。烴類氣體與空氣混合物的爆轟速度大多在1800～2000m/s，爆轟壓力在1.5MPa量級，純氧中爆轟壓力可提高一倍左右[18]。慢速爆燃模式很容易實(shí)現(xiàn)，只需用一個(gè)很弱的點(diǎn)火源點(diǎn)火即可。例如只要用零點(diǎn)幾毫焦的電火花源就可引起爆燃。而對于大多數(shù)燃料/空氣混合物，直接激發(fā)爆轟需要大約103～10在適當(dāng)?shù)臈l件下，爆燃可以突然轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z。在實(shí)際情況下，有很多因素可使爆燃加速到爆轟狀態(tài)。例如，管道內(nèi)，火焰行進(jìn)通道上連續(xù)布有障礙物，且管道夠長，就能使火焰連續(xù)加速，爆燃就可能轉(zhuǎn)成爆轟[19]。表2.3是爆轟與爆燃的區(qū)別與聯(lián)系。表2.3爆燃和爆轟的區(qū)別與聯(lián)系爆燃爆轟相同點(diǎn)1.都屬于帶有化學(xué)反應(yīng)的波；2.化學(xué)反應(yīng)波的反應(yīng)區(qū)比較窄，且一經(jīng)發(fā)生，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)以占化學(xué)反應(yīng)波形式，按一定方向和速度，一層一層地自動傳播進(jìn)行；3.基本守恒方程相同;4.爆燃和爆轟過程均包含流體動力學(xué)過程和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)過程;5.發(fā)生的基本條件相同:(1)有合適濃度的可燃?xì)怏w;(2)有合適濃度的氧氣;(3)有足夠能量的點(diǎn)火源不同點(diǎn)傳播形式爆燃波（兩波三區(qū)結(jié)構(gòu)），波陣面前后壓力和密度變化較小爆轟波是一個(gè)強(qiáng)沖擊波，波后能形成高溫高壓狀態(tài)傳播速度每秒幾十米到幾百米，但不超過其傳播介質(zhì)的音速103-104傳播持續(xù)機(jī)理化學(xué)反應(yīng)區(qū)放出的能量通過熱傳導(dǎo)、輻射和氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散傳入下一層氣體，激起未反應(yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使爆燃持續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)區(qū)放出的能量以壓縮波的形式提供給前驅(qū)沖擊波，維持前驅(qū)沖擊波的強(qiáng)度，然后籍助于前驅(qū)沖擊波的沖擊壓縮作用用激起下一層氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)使爆轟持續(xù)進(jìn)行壓力反應(yīng)產(chǎn)物的壓力通常不高反應(yīng)產(chǎn)物的壓力較高，向四周傳出壓力波，有強(qiáng)烈的力學(xué)效應(yīng)影響因素對周圍未燃?xì)怏w的擾動十分敏感，火焰前方未燃?xì)怏w流動狀態(tài)越紊亂，火焰面越卷面，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇旎静皇芡饨鐥l件的影響可燃?xì)庠瓢l(fā)生爆轟則較為困難，需要有局部密閉或形成湍流加速條件，或外加強(qiáng)刺激源才有可能使爆燃轉(zhuǎn)變成爆轟。通過以往氣云爆炸事故分析，實(shí)際發(fā)生爆轟的情況極少，常見的形式是爆燃。2．2爆燃波破壞效應(yīng)的評測手段可燃?xì)庠票嫉钠茐哪芰?，即爆燃?qiáng)度，是一個(gè)很復(fù)雜的概念。用什么參數(shù)來衡量爆燃波的破壞效應(yīng)，這是一個(gè)很重要的問題。正如材料力學(xué)中強(qiáng)度理論的屈服準(zhǔn)則，爆炸力學(xué)中的臨界沖擊起爆準(zhǔn)則，也是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的評價(jià)準(zhǔn)則問題。可燃?xì)庠票举|(zhì)上是一類預(yù)混燃燒，可燃?xì)庠票嫉钠茐牧碓从诒歼^程中產(chǎn)生的沖擊波和火焰陣面二者破壞力之和[20]。在過去的研究中，爆燃的溫度變化范圍通常不大，多在1800K~2600K之間，可近似看做確定的量。而在爆燃過程中由火焰鋒面加速造成的沖擊波引起的破壞一般來說要比隨后火災(zāi)的破壞更嚴(yán)重，因此這不僅是過去的研究者比較關(guān)注的方面，這也是本課題最關(guān)心的問題。從圖2.2所示的爆炸成災(zāi)模式圖可以看出，任何一種特定的破壞曲線(等破壞曲線)都可以分為3段，即超壓破壞段、動態(tài)破壞段和沖量破壞段。圖2.2爆炸成災(zāi)模式圖在超壓破壞段，決定物體發(fā)生破壞變形的僅僅是最大超壓值。在動態(tài)破壞段，結(jié)構(gòu)物的破壞取決于超壓與沖量的聯(lián)合作用。在沖量破壞段，施加于結(jié)構(gòu)物的沖量是最重要的指標(biāo)。尤其是對“可燃?xì)庠票紒碚f，爆燃過程最大超壓較凝聚相爆炸小，但是作用時(shí)間長，沖量大，從而對結(jié)構(gòu)物造成極大的危害”[21]。2.2.1超壓準(zhǔn)則目前，評價(jià)沖擊波強(qiáng)弱的常用指標(biāo)為超壓△p對建筑物構(gòu)件以及各種有生力量(動物等)的爆炸破壞或毀傷試驗(yàn)數(shù)據(jù)指出，只要爆炸波的超壓△p達(dá)到一定值，便會對這類目標(biāo)構(gòu)成一定程度的(某一等級的)破壞或損傷。表2.4[22]但這個(gè)準(zhǔn)則只適用于凝聚炸藥點(diǎn)源爆炸的特定情況。不同的爆炸源，同樣的超壓具有不同的破壞效應(yīng)。對于事故爆炸，像常見的氣體或粉塵爆炸，同樣的超壓具有的破壞效應(yīng)比凝聚炸藥更大。即使是同一類爆炸源和同樣的超壓，即同一對比距離R=R/3W表2.4爆炸超壓對結(jié)構(gòu)及人員的破壞作用到達(dá)結(jié)構(gòu)或人體表面時(shí)的超壓△完全毀壞嚴(yán)重毀壞中等毀壞輕度毀壞輕微毀壞鋼筋混凝土建筑 80~100 50~80 30~50 10~30 3~10多層磚建筑 20~40 20~30 10~20 5~10 3~5少層磚建筑 35~45 25~35 15~25 7~15 3~5木建筑物 20~30 12~20 8~12 5~8 3~5工業(yè)鋼架建筑物 50~80 30~50 20~30 5~20 3~5死亡 致命傷 重傷 中傷 輕傷人員 骨折、內(nèi)出血 內(nèi)傷、耳聾 內(nèi)傷、耳鳴 400~600 100 50~100 30~50 20~402.2.2沖量準(zhǔn)則壓作用時(shí)間。實(shí)踐表明，不同的爆炸源有不同的脈沖波形，同樣沖量值產(chǎn)生的破壞效應(yīng)也顯著不同。2.2.3超壓-沖量準(zhǔn)則20世紀(jì)70年代，美國海軍武器實(shí)驗(yàn)室(NOL)和彈道研究實(shí)驗(yàn)室(BRL)經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和理論研究，逐步形成了一套超壓-沖量破壞準(zhǔn)則模型。爆炸波“等破壞模型”是Sperrazza首先提出的，他認(rèn)為爆炸波的破壞作用可以從目標(biāo)性質(zhì)、毀壞水平、爆炸波壓力及爆炸波總沖量四個(gè)參量上體現(xiàn)出來，并將它們作為特征值，對爆炸波的破壞作用進(jìn)行了較為客觀且全面的評價(jià)。2．3影響苯蒸氣云爆炸強(qiáng)度的主要因素氣云爆炸事故中最常見的形式是爆燃，“即燃燒波相對于未燃燒氣體以亞音速傳播”，一般情況下不會演變?yōu)楸Z。苯蒸氣云爆炸作為氣云爆炸類型中的一種，其氣云爆炸超壓的大小主要受以下六點(diǎn)因素的影響。（1）苯蒸氣的氣體活性通常氣體爆炸的發(fā)生幾率和爆炸瞬間產(chǎn)生的破壞結(jié)果很大程度上取決于反應(yīng)氣體的活性。氣體反應(yīng)活性越強(qiáng)，則分子擴(kuò)散速度越快，進(jìn)而爆炸產(chǎn)生的火焰燃燒速度越快，爆炸超壓值越大。產(chǎn)生爆轟的可能性也隨之增大。到目前為止，還沒有關(guān)于可燃?xì)怏w爆炸的明確分類標(biāo)準(zhǔn)，一般根據(jù)可燃?xì)怏w的活性定性地分為三類，見表2.5，從表中可知，本文研究的對象苯蒸氣具有高反應(yīng)活性。表2.5可燃?xì)怏w反應(yīng)活性的分類反應(yīng)活性可燃?xì)怏w低反應(yīng)活性氨甲烷氯乙烯中反應(yīng)活性乙烷丙烷乙烯n-丁烷高烷烴高反應(yīng)活性氫乙炔苯（2）苯蒸氣的密度可燃?xì)怏w的密度對氣云的形成有很大影響。密度比空氣小的可燃?xì)怏w在空氣中將向上漂移，并在上升過程中逐漸稀釋，而相對空氣密度較大的可燃?xì)怏w則會進(jìn)入隧道、溝槽及其他一些受到限制的區(qū)域，容易下沉聚積在地面上形成很大的氣云。由苯的相對蒸氣密度為2.77可知，苯蒸氣在進(jìn)入空氣后易向地面移動，因而潛在的危害也就更大。（3）氣云的均勻程度可燃?xì)怏w在泄漏過程中，其擴(kuò)散過程和與空氣混合的過程是同時(shí)進(jìn)行的，因此形成的氣云一般不太均勻，只有經(jīng)過較長時(shí)間，才能產(chǎn)生均勻的氣云。一般來說，非均勻氣云爆炸產(chǎn)生的壓力其超壓值小于均勻氣云爆炸產(chǎn)生的超壓值。（4）點(diǎn)火能量點(diǎn)火能量對開敞空間氣云爆炸形式有重要影響。一般氣云所要求的最小點(diǎn)火能量很低，像甲烷、乙烷等烷烴類可燃?xì)怏w的最小點(diǎn)火能量通常在亳焦數(shù)量級，像前面介紹的苯的最小點(diǎn)火能僅為0.20mJ。當(dāng)點(diǎn)火能量不太大時(shí)，即只要保持氣云不產(chǎn)生爆轟的情況下，點(diǎn)火能量對氣云爆炸壓力的影響很小。（5）氣云尺寸及其位置氣云尺寸對爆炸壓力的影響比較復(fù)雜?！坝捎趯庠票▔毫Φ难芯渴加谂cTNT炸藥的比擬，所以早期結(jié)果均認(rèn)為氣云尺寸對氣云最大爆炸壓力無影響，只是影響范圍更大”,但已有實(shí)驗(yàn)表明，氣云尺寸越大，相同對比距離處的爆炸超壓值也越大。若氣云是在有障礙物或者有外部約束的區(qū)域形成的，則它爆炸產(chǎn)生的超壓值要增大，它潛在的危害就要大得多。（6）初始壓力與溫度初始壓力與溫度對氣云爆炸壓力也會產(chǎn)生很大影響。初始溫度越高，越有利于可燃?xì)馀c大氣之間的擴(kuò)散，同時(shí)也加速了可燃?xì)庠频男纬?，并且形成的可燃?xì)庠埔苍骄鶆?，爆炸超壓也較大。碳?xì)浠衔?空氣混合物的火焰速度Su隨初始溫度TSu∝而燃燒速度越大，爆炸超壓與初始壓力的比值也越大，因此爆炸威力也越強(qiáng)。苯蒸氣云爆炸的數(shù)值模擬研究本課題的主要研究手段是數(shù)值模擬，運(yùn)用的主要軟件是ANSYSAutoReaGas軟件。3．1計(jì)算流體動力學(xué)軟件20世紀(jì)90年代，英國CenturyDynamics公司和荷蘭TNO聯(lián)合開發(fā)了模擬氣體爆炸的專用軟件包AutoReaGas，該軟件包括氣體爆炸和爆炸波兩個(gè)計(jì)算部分，主要用來模擬氣體爆炸與由此引發(fā)的沖擊波效應(yīng)[23]。專門針對非常擁塞（如工程管道和設(shè)備）和限制（如建筑結(jié)構(gòu)和通風(fēng)口等）的場所設(shè)計(jì)，這些場所對燃燒加速有著很重要的影響，從而引起超壓。重要的是：AutoReaGas的可靠性已經(jīng)得到了驗(yàn)證，在著名的BFETS測試中，仿真預(yù)測與試驗(yàn)結(jié)果吻合得很好。氣體爆燃在數(shù)學(xué)上模擬為有黏性完全氣體的受熱膨脹。氣體動力學(xué)可用質(zhì)量、動量和能量守恒方程表示。以下是AutoReaGas對模擬結(jié)果計(jì)算處理的主要數(shù)學(xué)模型，在笛卡爾坐標(biāo)系下分別為：質(zhì)量守恒方程（1）動量守恒方程（2）能量守恒方程（3）燃料組分守恒方程（4）湍流用模型來描述。（5）（6）上述公式中，（7）湍流燃燒模型（8）式中，Rc—燃燒反應(yīng)率，（kg/m3）/s;St—湍流燃燒速度，由Bray（1990）實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式得出；Dfu—燃料組分的湍流擴(kuò)散系數(shù)；Ct—湍流模擬常數(shù)；—密度，kg/m3；ui—坐標(biāo)軸方向上的湍流速度，m/s；P—靜壓，Pa；E—能量，J；k—湍流動能，J；—湍流動能的耗散率；mfu—燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)；—湍流黏性系數(shù)，m3/s；Rfu—體積燃燒速率，m3/s；—輸運(yùn)特性的湍流耗散率數(shù)；T—溫度，K；—輸運(yùn)特性的湍流普朗特?cái)?shù)；—克羅內(nèi)克算子；t—時(shí)間，s；i，j—坐標(biāo)方向；C1，C2—常數(shù)。湍流強(qiáng)度u‘、特征長度Lt與k和關(guān)系式為（9）求解以上方程應(yīng)用有限體積法進(jìn)行計(jì)算。3.1.1模型概述及初始條件設(shè)定巷道設(shè)計(jì)為矩形截面，尺寸設(shè)置為2m×2m×40m，主要依據(jù)《煤礦安全規(guī)程2010版》[24]中巷道尺寸設(shè)計(jì)部分，其中寬、高皆選用2m，理由是2m幾乎是巷道寬高尺寸的最小值，選取一段連續(xù)巷道的長度為40m的原因在于，規(guī)程規(guī)定“必須在巷道的一側(cè)設(shè)置躲避硐，2個(gè)躲避硐之間的距離不得超過40m”，根據(jù)先前學(xué)過的知識，空間的狹小和較長的發(fā)展管道都能促進(jìn)蒸氣云爆炸的發(fā)展，此時(shí)蒸氣云爆炸的破壞力必然更大，因此據(jù)此得到的結(jié)果也更有實(shí)際參考價(jià)值。模擬的可燃?xì)庠剖潜剑諝饣旌衔?，苯的濃度都?.75%，充入氣云體積都為2m×2m×10m（從封閉端開始充入），基于實(shí)際情況中巷道通常不可能完全封閉，因此在考慮時(shí)，將巷道模型設(shè)置為一端開口。數(shù)值模擬的假設(shè)條件：①沖擊波區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)均為完全理想的氣體；②如果沖擊波源的燃燒能量和強(qiáng)度是已知的，那么在網(wǎng)格中的沖擊波源就能定義為與沖擊波源的能量匹配的爆炸壓力空間的維數(shù)；③如果沖擊波的超壓，持續(xù)時(shí)間、形狀已知，那么在計(jì)算區(qū)域左邊界處(Z=0)整個(gè)氣體動力學(xué)過程就能描述為時(shí)間的函數(shù)；④AutoReaGas中，如果沖擊波源是由氣體爆炸模式模擬而得出的結(jié)果，那么在爆炸模擬的結(jié)尾，則每個(gè)單元的流體動力學(xué)特性能夠被重新的寫入到?jīng)_擊波處理單元中以形成初始沖擊波源。本次模擬共有四組模型，分別為：（1）無障礙物，一端開口；（2）有3個(gè)障礙物（小，每個(gè)尺寸為1m×1m×1m），一端開口；（3）有3個(gè)障礙物（大，每個(gè)尺寸為1.5m×1.5m×2m），一端開口；（4）開敞空間（尺寸設(shè)定為20m×20m×40m，足夠大），無開口、無障礙物。前三組的模擬環(huán)境是巷道，點(diǎn)火源均設(shè)置在坐標(biāo)（1m，1m，1m）處，球形起爆；開敞空間的點(diǎn)火位置也設(shè)置在相同的云團(tuán)位置處，點(diǎn)火方式與前三者保持一致。3．2苯蒸氣云爆炸的物理模型和參數(shù)曲線3.2.1無障礙物、一端開口模型該模型為一端開口無障礙物模型，網(wǎng)格化分為4480，共有1280個(gè)網(wǎng)格。每個(gè)網(wǎng)格對應(yīng)實(shí)際大小為0.125m3，氣云從與開口相對的封閉端充入，充入體積為2m×2m×10m，點(diǎn)火位置在氣云的一邊，觀測點(diǎn)設(shè)為沿Z軸方向（從1米開始到39米結(jié)束）在模型正中，即貫穿模擬巷道X-Y平面的中心位置，以2m為間隔的20個(gè)觀測點(diǎn)，通過精細(xì)的網(wǎng)格劃分和多觀測點(diǎn)設(shè)置，以此來探究一般情況下苯蒸氣云在類管道內(nèi)燃燒爆炸其超壓、爆速和溫度的變化以及對壞境可能造成的損壞。模型和觀測點(diǎn)如圖3.1。圖3.1無障礙物、一端開口模型及觀測點(diǎn)3.2.2有障礙物（VBR=0.075）、一端開口模型該模型為一端開口，有三個(gè)尺寸相同（每個(gè)障礙物的模擬尺寸為1m×1m×1m），間距9m依次延Z軸排布，網(wǎng)格化分為4480，共有1280個(gè)網(wǎng)格。每個(gè)網(wǎng)格對應(yīng)實(shí)際大小為0.125m3，氣云從與開口相對的封閉端充入，充入體積為2m×2m×10m，點(diǎn)火位置在氣云的一邊，觀測點(diǎn)設(shè)為沿Z軸方向（從1米開始到39米結(jié)束）在模型正中，即貫穿模擬巷道X-Y平面的中心位置，以2m為間隔的20個(gè)觀測點(diǎn)，以此來探究障礙物對苯蒸氣云爆炸發(fā)展過程的影響，苯蒸氣云在巷道內(nèi)燃燒爆炸其超壓、爆速和溫度的變化以及對壞境可能造成的損壞。模型和觀測點(diǎn)如圖3.2。圖3.2有障礙物（VBR=0.075）、一端開口模型3.2.3有障礙物（VBR=0.3375）、一端開口模型該模型為一端開口，有三個(gè)尺寸相同（每個(gè)障礙物的模擬尺寸為1.5m×1.5m×2m），間距8m依次延Z軸排布，網(wǎng)格化分為4480，共有1280個(gè)網(wǎng)格。每個(gè)網(wǎng)格對應(yīng)實(shí)際大小為0.125m3，氣云從與開口相對的封閉端充入，充入體積為2m×2m×10m，點(diǎn)火位置在氣云的一邊，觀測點(diǎn)設(shè)為沿Z軸方向（從1米開始到39米結(jié)束）在模型正中，即貫穿模擬巷道X-Y平面的中心位置，以2m為間隔的20個(gè)觀測點(diǎn)，以此來探究增加阻塞率對苯蒸氣云爆炸發(fā)展過程的影響，苯蒸氣云在巷道內(nèi)燃燒爆炸其超壓、爆速和溫度的變化以及對壞境可能造成的損壞，模型和觀測點(diǎn)如圖3.3。圖3.3有障礙物（VBR=0.3375）、一端開口模型3.2.4開敞空間無障礙物模型該模型為全封閉（空間相對來說足夠大）無障礙物模型，屬開敞模型，網(wǎng)格化分為404080，共有128000個(gè)網(wǎng)格。每個(gè)網(wǎng)格對應(yīng)實(shí)際大小為0.125m3，為保證與受限空間各組數(shù)據(jù)的可比性，依然從該模型一端正中位置，充入體積依然為2m×2m×10m，點(diǎn)火位置保持與上述模型一致，觀測點(diǎn)依然設(shè)為沿Z軸方向（從1米開始到39米結(jié)束）在模型正中，即貫穿模擬巷道X-Y平面的中心位置，以2m為間隔的20個(gè)觀測點(diǎn)，以此來探究開敞空間苯蒸氣云爆炸其超壓、爆速和溫度的變化以及對壞境可能造成的影響，模型和觀測點(diǎn)如圖3.4。圖3.4開敞空間無障礙物模型3．3數(shù)值模擬結(jié)果及分析本課題的預(yù)設(shè)環(huán)境為巷道，模擬情形近似類似于以往的可燃?xì)怏w-空氣混合氣在管道中的燃燒爆炸。由于在模擬中，苯蒸氣與空氣的混合氣燃燒爆炸后，其沖擊波與火焰皆主要是沿著坐標(biāo)系中的Z軸，從點(diǎn)火端向另一端傳播，通過多次的模擬及結(jié)果觀察分析，沿X、Y軸傳播的超壓值范圍在幾百帕到幾千帕之間，相對來說產(chǎn)生的破壞影響很小，幾乎可忽略。而沿Z軸傳播的火焰速度及超壓變化、溫度等都有很大的峰值及變化，這也是實(shí)際中最能對環(huán)境和人員造成破壞和損傷的因素，對這一部分的研究也最具意義。所以本文主要對Z軸方向的蒸氣云爆炸產(chǎn)生的超壓值、溫度和爆速等一系列參數(shù)變化進(jìn)行研究分析。3.3.1數(shù)值模擬結(jié)果通過綜合考量和對比，最終選取了第18觀測點(diǎn)，作為各方數(shù)據(jù)的采集點(diǎn)。以下是該點(diǎn)處各數(shù)據(jù)的綜合對比。（1）四種情形下，18觀測點(diǎn)處的超壓值情況，如圖3.5所示。圖3.5超壓值對比（2）四種情形下，18觀測點(diǎn)處的溫度對比，如圖3.6所示。圖3.6溫度對比（3）四種情形下，18觀測點(diǎn)處沿Z軸火焰?zhèn)鞑ニ俣?，如圖3.7所示。圖3.7火焰沿Z軸傳播速度3.3.2障礙物對爆燃超壓的影響圖3.5為苯濃度為1.75％時(shí)，在無障礙物、有障礙物（VBR=0.075）、有障礙物（VBR=0.3375）和開敞空間下18測點(diǎn)的超壓－時(shí)間曲線。由圖像從時(shí)間順序上看4種情況下首次出現(xiàn)最大峰值，可以看出有障礙物（VBR=0.3375）的情形，第一個(gè)出現(xiàn)爆燃波正超壓最大值，發(fā)生在0.18s時(shí)，最大值約為5.8×105Pa，之后在0．25s時(shí)，首次出現(xiàn)負(fù)超壓，在0.25s～0.78s之間正負(fù)超壓交替出現(xiàn)，但正超壓峰值始終大于負(fù)超壓峰值；第二達(dá)到正超壓峰值的情形是有障礙物（VBR=0.075），其最大正超壓發(fā)生在0.19s時(shí)，最大值約為5.1×105Pa，以后的發(fā)展情形與前者基本相同，都是正負(fù)超壓交替出現(xiàn)，總體正超壓峰值均大于負(fù)超壓峰值；無障礙物情形是第三個(gè)出現(xiàn)正超壓最大值的，發(fā)生在0.2s時(shí)，最大值約為4.5×產(chǎn)生上述結(jié)果的原因是內(nèi)置障礙物可燃?xì)庠票歼^程歷經(jīng)爆燃開始(引爆)、接近障礙物、越過障礙物、火焰熄滅4個(gè)過程[25～27]。當(dāng)燃燒開始，火陣面燃燒產(chǎn)物膨脹形成壓力波，這個(gè)壓力波以當(dāng)?shù)匾羲儆汕蛐狞c(diǎn)火處向外傳播。這個(gè)壓力波傳播速度比火焰陣面快，行進(jìn)在火焰陣面前面，因此也叫前驅(qū)壓力波。由于燃燒在進(jìn)行，火焰向前傳播，所以前驅(qū)壓力波不斷增強(qiáng)，不斷壓縮火焰陣前的未燃?xì)怏w，對于未燃?xì)怏w來說，由于不斷被壓縮和燃燒消耗，其壓力逐漸升高，壓力波逐漸增強(qiáng)；當(dāng)壓力波觸及障礙物，由于障礙物的拖曳作用，火焰發(fā)生畸變，湍流燃燒速率增大，因而導(dǎo)致壓力增大，之后由于火焰越過障礙物，未燃?xì)怏w的壓力可以及時(shí)泄放，所以超壓逐漸減小。所以由以上幾條曲線的對比情況可以看出，巷道內(nèi)可燃?xì)怏w爆炸超壓值隨著阻塞比的增大而增大，即障礙物度可燃?xì)怏w爆炸的超壓具有激勵(lì)作用。而開敞空間內(nèi)苯蒸氣云的燃燒爆炸過程產(chǎn)生的超壓值與模擬巷道內(nèi)的超壓值相比幾乎可以忽略，其發(fā)展過程相對緩慢，其超壓最大值出現(xiàn)在0.5s時(shí)，約為16000Pa，造成的損壞也明顯降低。原因是，足夠大的空間使得苯蒸氣與空氣的混合氣在燃燒過程中，生成物以及能量能及時(shí)不斷的向周圍泄放，沒有過多的積累；而無障礙物則使得混合氣燃燒火焰向前傳播的過程中，沒有障礙，因而不能形成湍流燃燒加速條件，所以整個(gè)反應(yīng)過程屬于普通的燃燒。3.3.3障礙物對爆燃溫度的影響圖3.6為四種環(huán)境下18觀測點(diǎn)處的溫度變化對比圖像。從中可以看出，溫度最高的點(diǎn)產(chǎn)生于無障礙物的模擬巷道內(nèi)，幾乎屬于瞬間達(dá)到高溫，發(fā)生在0.2s，最高達(dá)到1.3×104K，高溫時(shí)間持續(xù)約為0.08s，然后溫度迅速下降，此后的的發(fā)展幅度與此相比已經(jīng)很??；其次溫度最高的是有障礙物（VBR=0.075）的情形，溫度從0K瞬間升高，最大值約為1.26×104K，高溫持續(xù)時(shí)間約為0.1秒，此后迅速下降，后續(xù)發(fā)展與無障礙物時(shí)相比略微波折復(fù)雜，但發(fā)展幅度不大；溫度第三高的是有障礙物（VBR=0.3375）的情形，溫度最大值約為1.18×之所以在巷道內(nèi)的模擬情況會出現(xiàn)如此高的高溫，歸納原因主要有兩點(diǎn)：①苯自身的放熱量就很大，約為4.1933×106苯蒸氣云在開敞空間燃燒的溫度之所以很低，且發(fā)展平穩(wěn)幾乎沒有變化，主要是因?yàn)榭臻g足夠大，混合氣在燃燒的過程中，燃燒產(chǎn)物可以及時(shí)的向四周泄放，產(chǎn)生的熱量也有足夠的時(shí)間釋放，不會因能量積累導(dǎo)致溫度升高，在此空間苯蒸氣云與空氣混合氣的反應(yīng)就是普通的燃燒。3.3.4障礙物對爆燃速度的影響圖3.7是四種情況下，爆燃過程中沿Z軸的火焰?zhèn)鞑ニ俣葘Ρ葓D。從圖像上看，在有障礙物（VBR=0.3375）的情形下，18觀測點(diǎn)處的火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲笾颠_(dá)到了約2600m/s，更符合爆轟的火焰?zhèn)鞑ニ俾?；而緊隨其后的有障礙物（VBR=0.075）情形速率則只有約1700m/s，屬于典型爆燃；而在無障礙物的情況，其火焰最大傳播速率則只有約1400m/s，很明顯，以上在氣體爆炸火焰?zhèn)鞑ブ胁煌枞?、不同結(jié)構(gòu)的障礙物所體現(xiàn)的激勵(lì)效果不相同。對于阻塞率高的障礙物其爆炸火焰?zhèn)鞑サ乃俣纫苍礁?，由圖像中幾條曲線的比較即可看出。之所以產(chǎn)生速度先升高再下降的主要原因是，可燃?xì)庠泣c(diǎn)火初期障礙物對火焰陣面和壓力波陣面的擾動較小。當(dāng)火焰接近障礙物時(shí)，火焰陣面和壓力波陣面發(fā)生顯著變化：在障礙物附近，火焰速度變化最劇烈；在障礙物后方誘導(dǎo)形成了湍流反應(yīng)區(qū)，導(dǎo)致火焰速度在穿越障礙物時(shí)先急劇上升然后急劇下降，再迅速上升[28]。障礙物半徑和屏蔽角越大，空隙率越小，對火焰的加速越快，爆燃強(qiáng)度越大，說明了障礙物對爆燃強(qiáng)度具有加強(qiáng)作用。障礙物強(qiáng)化可燃?xì)庠票嫉臋C(jī)理可解釋如下：障礙物使火焰陣面發(fā)生曲皺，同時(shí)由于前驅(qū)壓力波的作用在障礙物后捕獲大量未燃?xì)怏w，形成有大量漩渦對的湍流反應(yīng)區(qū)，導(dǎo)致了體積燃燒速率增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃?。流場速度和爆燃?qiáng)度也隨著火焰速度的增大而提高，說明火焰速度的加速必然導(dǎo)致流場的加速和爆燃強(qiáng)度的增大。障礙物半徑及屏蔽角越大，空隙率越小[29]，那么障礙物捕獲的湍流未燃?xì)怏w也就越多，湍流燃燒也就越激烈，爆燃強(qiáng)度也就越大。所以爆燃過程對環(huán)境的破壞力也就越大。同時(shí)根據(jù)其他情形下各觀測點(diǎn)的情況可以看出，離開口越近，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇?，泄壓口在爆炸燃燒時(shí)對火焰速度影響很大，發(fā)現(xiàn)在泄壓口附近的火焰?zhèn)鞑ニ俣扔幸粋€(gè)激增，說明泄壓口對爆炸火焰有激勵(lì)作用，另外泄壓口對爆炸溫度只有局部的影響。從圖像上看開敞空間情況下的火焰?zhèn)鞑ニ俣葞缀鯙?m/s，實(shí)際上苯蒸氣云在開敞空間發(fā)生的就是普通的燃燒反應(yīng)，火焰速度約為0.4m/s。3.3.5結(jié)論1）苯蒸氣云在巷道內(nèi)爆炸，障礙物對爆炸火焰的傳播有激勵(lì)效應(yīng)，體現(xiàn)在障礙物引起附近區(qū)域火焰陣面的變形，進(jìn)而導(dǎo)致火焰速度的迅速改變，引發(fā)強(qiáng)烈的湍流效應(yīng)。2）綜觀圖3.5和圖3.7，可以發(fā)現(xiàn)在苯蒸氣爆炸爆炸過程中，火焰在不同阻塞率、不同結(jié)構(gòu)的障礙物環(huán)境下傳播所體現(xiàn)的激勵(lì)效果不相同。對于阻塞率越高的障礙物環(huán)境其爆炸火焰?zhèn)鞑サ乃俣仍酱螅a(chǎn)生的超壓越高。另外通過對各情形下所有觀測點(diǎn)的整體觀察發(fā)現(xiàn)，在泄壓口處，超壓和速度幾乎同時(shí)達(dá)到了最大值，且隨著阻塞比的增大而增大，限于篇幅和重點(diǎn)沒有將觀測點(diǎn)全部列出。3）在模擬巷道條件下，阻塞比對溫度峰值的改變不大，但可影響溫度的后續(xù)發(fā)展，即隨著阻塞比的增大，溫度的起伏會變得頻繁。4）通過分析圖3.5～3.7，可以明顯看出在超壓、溫度和燃燒速度三個(gè)方面，苯蒸氣云在巷道內(nèi)的反應(yīng)都遠(yuǎn)比在開敞空間中的反應(yīng)劇烈。這是因?yàn)楸秸魵庠圃谙锏纼?nèi)的燃燒反應(yīng)通常都會演變成爆燃，因而各方面數(shù)值都變化明顯，而在開敞空間里，苯蒸氣云的燃燒反應(yīng)不易發(fā)展成爆燃，更傾向于向普通的燃燒反應(yīng)發(fā)展，空間的局限性是導(dǎo)致二者差別的關(guān)鍵因素。苯蒸氣云爆炸的傷害風(fēng)險(xiǎn)分析在苯蒸氣與空氣混合后發(fā)生云爆炸的過程中，反應(yīng)溫度高，且產(chǎn)生的壓力巨大，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤虼吮疚膶⒅貜倪@幾個(gè)方面對苯蒸氣云爆炸的破壞程度進(jìn)行分析，并對能夠預(yù)防的方面提出合理建議。4．1巷道內(nèi)苯蒸氣云爆炸的可能傷害通過對巷道內(nèi)苯蒸氣云爆炸的數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，苯蒸氣與空氣的混合物在苯含量較低濃度下，點(diǎn)火后反應(yīng)迅速，超壓、溫度、爆速等都急速升高，依據(jù)得到的結(jié)果判定，整個(gè)過程屬于典型的爆燃過程。如在本次的模擬中，在無障礙物的巷道內(nèi)超壓值最大達(dá)到5.8×105Pa，而峰值相對較小的情況超壓值也達(dá)到了4.5×10另外爆燃過程產(chǎn)生的高溫，如本次數(shù)值模擬，溫度最高時(shí)都達(dá)到了10000K以上，雖然持續(xù)時(shí)間很短約為0.1s左右，但是對人員來講足以造成致命傷害。而且通過溫度曲線的后續(xù)發(fā)展也能看到，溫度的起伏雖然不大，但是平均都在2000K～3000K左右，尤其是在阻塞為0.3375的時(shí)候，溫度更是持續(xù)不降，最低值都在3000K以上，在這樣的高溫環(huán)境中，且持續(xù)時(shí)間略長，無論是人員還是設(shè)備，都將遭受毀滅性的破壞。4．2預(yù)防措施針對巷道環(huán)境的特殊性，以及苯蒸氣自身的特性及其爆炸產(chǎn)生的巨大破壞性，一旦發(fā)生苯蒸氣云爆炸后果不堪設(shè)想，同時(shí)再及時(shí)的救援也很難在一瞬間阻止事故的發(fā)生，保住工作人員的生命以及財(cái)產(chǎn)安全。所以對于此類潛在的危險(xiǎn)，應(yīng)以預(yù)防為主，預(yù)防才是最正確的選擇。對本課題的研究對象苯蒸氣來說，可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防：（1）從主觀上杜絕錯(cuò)誤發(fā)生。這方面主要是增強(qiáng)人員的安全意識，并且對危險(xiǎn)環(huán)境的工作人員進(jìn)行安全培訓(xùn)及嚴(yán)格全面的考核，通過考核者方可獲得工作許可，以此確保人員在主觀上時(shí)刻具備安全意識并且具備一定的應(yīng)急技能。同時(shí)企業(yè)應(yīng)在