锅炉在国民经济中占有重要的地位,广泛应用于电力、机械、化工、轻工、纺织、交通运输等部门及日常生活中,但由于承受较高的压力和温度、接触腐蚀性介质、局部应力较复杂、不易检验等原因,极易发生事故,在锅炉事故中,锅炉爆炸事故的严重性、破坏性最大。锅炉爆炸分为水蒸汽爆炸、超压爆炸、缺陷导致的爆炸和严重缺水导致的爆炸。锅炉破裂往往并不只是简单地造成水蒸汽或热水泄漏事故,它还可以导致更为严重的事故——破裂后水蒸汽急剧蒸发、锅炉发生激烈的爆炸。因为当受压部件遭到破坏,汽水混合物(带有一定的温度、压力)在一瞬间因压力突然降低,体积成千倍地膨胀,几乎全部冲出炉外。汽水混合物冲击力的作用能够将锅炉抛出地面,飞出几十米甚至数百米,同时汽浪的冲击波还能摧毁和震坏建筑物,造成严重的破坏和伤亡。为了有效地预防和控制锅炉爆炸事故的发生,有必要对事故发生的过程、影响范围和严重度进行模拟分析。虚拟现实(Virtual Reality)技术是20世纪80年代末发展起来的一项高新技术,它汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人—机接口技术、传感器技术、高度并行实时计算技术和人的行为学研究等多项关键技术,是模拟仿真技术的最新、最高层次,是当今世界前沿科学之一。用虚拟现实技术模拟锅炉爆炸的过程,具有投资少、安全可靠、可重复操作的特点,而且利用锅炉爆炸模拟软件对司炉工进行安全培训也是十分重要的。论文分五个部分。第一部分先介绍了课题的研究背景、意义和必要性,介绍了当前国内外锅炉安全生产现状以及虚拟现实技术的研究和应用现状,并阐述了研究的主要内容和拟解决的问题。接着论文在第二部分中主要对锅炉爆炸主要形式——沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(BLEVE)进行了分析,具体研究了爆炸的机理和事故后果模拟。根据中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室专门针对沸腾液体膨胀蒸汽爆炸模型做的小尺寸模拟试验,论文描述了锅内饱和水和水蒸汽的物理变化过程,对事故后果模拟进行了理论分析;在对锅炉爆炸事故后果模拟的论述中,论文介绍了BLEVE物理模型的建模过程,包括爆炸的能量分析、爆炸冲击波阵面最大超压、冲击波的破坏作用,并通过计算实例演绎了整个建模过程。论文第三部分主要对目前虚拟现实技术的研究和应用进行了分析,虚拟现实具有三个最突出的特征,即人们称道的“3(?)”特性:交互性、沉浸感和构想性,此外还应该具备全息性特征。它可分为沉浸式与非沉浸式两种,由于受到硬件环境的限制,本论文的研究工作中采用非沉浸式虚拟现实技术。在本章最后,论文对锅炉爆炸模拟系统设计和开发过程中主要用到的软件——3DS Max、Quest3D、Endorphin进行了介绍。论文第四部分对锅炉爆炸事故模拟系统的设计过程和模拟过程进行了阐述和分析。本系统的设计是本着真实性、可操作性、总体设计和分步实施、数据完备和数据统一四个原则开展的。根据模拟的需要,系统结构分为静态环境部分、动态模拟部分、角色模拟部分、图形用户接口(GUI)部分、逻辑控制(Logic)部分等五个模块组,论文对各部分的设计和开发进行了详细地论述,并在全文最后对事故模拟的过程作了分析。论文第五部分对整个设计过程中完成的工作进行了总结,指出了设计工作的不足,并对虚拟现实技术在安全工程中的应用进行了展望。根据国家质量监督检验检疫总局的统计,每年都会发生多起严重的锅炉或土锅炉爆炸事故,可见锅炉作为一种工业上必不可少的特种设备,同时也是一种重要的危险源。BLEVE一旦发生,以工厂目前现有的安全防护措施来看,几乎无法抵挡BLEVE所产生的破坏力。因此通过虚拟现实技术对锅炉水蒸汽爆炸进行模拟,对研究锅炉安全、制定应急救援预案、开展安全培训具有重要意义。但是目前虚拟现实技术还有很多关键的技术还在不断的发展过程中,还有很多问题急需解决,而笔者在本系统中对虚拟现实在锅炉爆炸模拟中的应用还处于初级阶段,所开发的模拟系统也仅仅是完成了初步的工作,还有许多地方需要完善。