Page 248 - 《爆炸与冲击》2026年第5期

第 46 卷 胡倩然，等： 基于人工神经网络的居民住宅燃气爆炸后果预测 第 5 期

民生活家居场景，内部障碍物主要包括体积占比较大的墙体建构件、电器和家具等，各户型障碍物体积
阻塞率均约为 10%。依据建筑面积的不同，3 种户型的厨房结构分别为一字形、L 形和 U 形，基本涉及了
当前居民住宅主流厨房结构。
为全面获取室内爆炸超压、温度及其空间位置的仿真点值，沿模型 z 方向高度为 0.45、1.40 和
2.40 m 水平截面上分别设置一面监测点，同一平面测点在 x、y 方向上各间隔 1 m。
需要说明的是，所选取的户型涵盖了从简单到相对复杂的空间布局，包含了不同数量的房间、内墙
隔断和门窗配置。目的在于构建一个具备内部多样性的训练样本集，使所训练的模型能够学习到户型
面积、空间分隔复杂度、障碍物与泄压条件等关键因素对爆炸后果的非线性影响，从而为后续建立更普
适的预测模型提供方法论基础和初步验证。
2.1.2 边界条件
为充分捕捉室内外燃气泄爆传播全过程，沿模型 x、y 和 z 方向分别延伸 15～20 m，得到户型①～户型③
的仿真计算域三维尺寸分别为 40 m × 42 m × 6 m、48 m × 40 m × 6 m 和 52 m × 50 m × 6 m。计算域被指
定为由刚性地面和自由出流面包围组成的矩形框，并将所有近地面计算边界设置为封闭边界，即不允许
气体自由流入、流出。而将室外延伸的外部计算域设置为自由出流边界，不考虑流体在空气域边界反射
对流场的影响。计算域内初始环境温度和压力分别设置为 293 K 和 101 kPa。
模型中所有障碍物均被假设为无热量交换
表 1 爆炸数值计算参数
和不考虑响应的刚性壁面，而所有内外墙体、屋
Table 1 Parameters for numerical calculation of explosion
顶、入户门和窗户等在事故中可能会被破坏的
参数 数值 参数 数值
建构件被统一设置为压力边界，并赋予其不同的
火焰速度因子 0.15 湍流强度 2.58×10 −3
固定开启压力值，即当建构件附近压力达到开启
压力时会自动消失，从而考虑了建构件失效对燃 湍流燃烧模型系数 70 比热比 1.265
2
−2
气泄爆过程的约束效应。依据大量事故调查案 湍流动能/(m ·s ) 1×10 −5 化学计量浓度/% 4
−1
−1
例 [23-24] ，模型屋顶、外墙、内墙、入户门和窗户的 燃烧速率/(kg·s ) 0.52 燃烧热/(J·kg ) 2.751×10 6
−2
开启压力分别设置为 100、75、40、20 和 3 kPa。 耗散率 1×10 −5 黏度/(Ns·m ) 2.5×10 −5
湍动能转换系数 1 最大计算循环步数 20 000
点火时，假设室内完全充满均匀浓度的静止丙
烷 /空 气 爆 炸 性 混 合 物 。 爆 炸 数 值 计 算 参 数 如
表 1 所示。
2.1.3 网格验证
为综合考察网格尺寸对爆炸动力学演化捕捉能力的影响，开展了网格独立性验证与遴选工作。通
常情况下网格数量越多，仿真精度会提升，但会大幅增加计算时间。因此，在网格遴选时应综合考虑计
算精度和效率因素。在 Zhang 等 [25] 、Pang 等 [26] 的大尺度爆炸仿真研究中，所考察网格单元尺寸范围普
遍在 0.05～0.10 m，且在保证计算精度的同时选择较大尺寸网格开展计算。上述研究经验为本文中网格
验证工作提供了参考。
采用八节点正方体网格对数值计算域进行划分，并进一步细化了网格尺寸梯度，共开展了 0.05、0.06、
0.07、0.08、0.09 和 0.10 m 等 6 种网格尺寸下的仿真计算工作。为量化探究网格尺寸对计算精度的影响，
以 0.05 m 网格尺寸获取的爆炸峰值超压值作为参考基准，分别计算了 0.06、0.07、0.08、0.09 和 0.10 m 等
5 种网格尺寸相比于 0.05 m 网格尺寸的超压相对误差值，计算方法为：
p max,0.05 − p max,G
δ = (3)
p max,0.05
式中：δ 为超压相对误差值，p max,0.0 5 为 0.05 m 网格尺寸下峰值超压，G 为网格单元尺寸，p max, G 为对应网格
尺寸下的峰值超压值，不同网格尺寸下距离点火源不同位置 d 处的爆炸峰值超压及其误差见图 2。
由图 2(a) 可知，不同网格尺寸下的峰值超压随距离演化趋势一致，相同距离下超压随网格尺寸的增
大而快速降低。图 2(b) 中，随着网格尺寸大于 0.07 m，相同位置的超压误差逐渐增大，表明反映爆炸流

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