高压管道天然气泄漏扩散过程的数值模拟

采用CFD模型的方法对高压管道内的天然气泄漏和扩散过程进行了数值模拟。其结果表明，从高压管道泄出的天然气在大气中主要表现为高速射流的泄漏过程和随后的扩散过程。在泄漏过程中，天然气在泄漏口附近为欠膨胀射流，整个泄漏过程具有一定的高度；在扩散过程中，天然气在浮力作用下以向上扩散的形式发展。研究了不同环境风速对扩散过程的影响，较大的风速可以使天然气向下风方向更远的距离扩散，从而增大了天然气爆炸危险浓度的范围。研究结果可     

基于Realizable k－ε 湍流模型的氨气泄漏数值模拟研究

针对液氨泄漏事故,为了分析不同泄漏点、不同排风条件下氨气的运移规律,以便合理设置应急处置装备、采取有效措施,基于Realizable k－ε的氨气泄漏有限元数值模拟分析方法,计算了液氨泄漏质量,模拟分析了增加排风口、不同液氨泄漏口及不同液氨泄漏量的氨气扩散规律及浓度变化情况。模拟结果表明:对流排风口位置对于泄漏氨气浓度影响较大,泄漏口位置对泄漏氨气扩散影响不显著;氨气泄漏量的增加使得泄漏口垂直方向氨气浓度显著增加。     

泄漏场内典型房间泄漏孔对室内重气扩散的影响研究

模拟了泄漏场内典型房间的重气扩散过程。对比了不同泄漏孔位置及泄漏孔迎背风条件下房间内重气的扩散情况。数值模拟结果表明,当单一泄漏孔存在且泄漏孔迎风时,泄漏孔在高度方向上的尺寸对有毒有害重气在室内的扩散过程影响最为明显;当单一泄漏孔存在且泄漏孔背风时,房间内重气扩散缓慢,房间内相对安全;当前后墙都存在泄漏孔时,重气的扩散是最为迅速的,对于室内人员来说,这种情况也是最为危险的。     

水幕对受限空间氨气扩散稀释阻挡效果的试验研究

对受限空间水幕稀释阻挡氨气泄漏扩散进行试验研究,考察了水幕压力、水幕喷头类型和水幕设置方向对水幕稀释阻挡效果的影响。结果表明,水幕可以有效稀释受限空间扩散的氨气,阻挡效率达到0.90左右。水幕压力越大,水幕对氨气的阻挡和稀释作用越大,水幕的稀释效率越高,水幕后氨气的体积分数越小,水幕的阻挡效果越好。受限空间内水幕设置为向下喷洒时对泄漏氨气的阻挡效果比水幕设置为向上时的阻挡效果好。扇形水幕比锥形水幕的阻挡效果稍好。     

车载储氢瓶泄漏及车库内通风方式研究*

为研究车库内燃料电池汽车氢气意外泄漏后的浓度分布情况,采用ANSYS软件,通过分析可燃性气体体积、水平方向和垂直方向氢气的扩散分布、不同泄漏位置氢气的扩散情况,研究6种不同通风方式对氢气意外泄漏扩散分布的影响,针对车库内氢气泄漏的特性,在通风方式上引入侧墙底部送风和侧墙顶部送风方式。研究结果表明:底部送风能显著加快氢气的扩散和排出。垂直高度上氢气浓度分布不均,侧墙顶部送风能使顶部堆积的氢气向下扩散,降低最大气体浓度;在墙角泄漏会由于墙壁的影响导致氢气堆积,对墙角局部通风尤为重要。研究结果可为氢燃料电池汽车专用车库的通风设计提供重要参考。     

基于CFD的城市埋地天然气管道泄漏扩散数值分析

针对城市埋地天然气管道泄漏天然气扩散问题,基于计算流体动力学CFD方法建立城市埋地天然气管道泄漏扩散数值模型,对天然气的主要成分——甲烷在土壤中的扩散行为进行模拟与分析,根据甲烷的爆炸极限观察天然气泄漏扩散危险区域变化,并分析不同孔隙率土壤对天然气扩散的影响。研究结果表明:埋地天然气管道泄漏气体扩散至土壤过程中,气体浓度等值线出现不规则变化,高浓度区等值线近似为椭圆,浓度梯度随时间的增加而减小,爆炸下限位置在天然气泄漏初期迅速变化,10 s后以均匀速度向地表移动;土壤孔隙率对天然气对流扩散影响显著,孔隙率越大,管道泄漏口处高浓度区域越大,中浓度区域越小,低浓度区域越容易扩展到地表,浓度梯度变化趋势相似。     

山谷地区埋地天然气管道泄漏三维数值模拟

针对山谷地区埋地天然气泄漏问题,建立三维泄漏模型,将管道模型建立于土壤下,给出山谷地区风随海拔高度变化边界条件,在此基础上对山谷地区高含硫天然气泄漏问题进行六组模拟。结果表明:六组工况下硫化氢的危险区域全部大于甲烷的危险区域,突显出天然气泄漏问题中硫化氢的危害性之大。风速对危险范围的影响很大,在山谷地形条件下危险范围大小与风速大小成反比,且风速越大,危险范围越小。三个泄漏口方向中漏口斜向上45°时空气中泄漏气体的总质量分数最大,扩散的范围最大,但部分范围内并未达到泄漏气体的危险浓度,危险范围比实际扩散范围要小,漏口斜向下45°时危险区域是最大的,漏口水平介于中间。     

高压储氢系统泄漏爆炸事故的动力学演化

为研究燃料氢气泄漏、爆炸的特性和规律,预防高压储氢系统中氢气泄漏爆炸事故发生,以加氢站为背景,数值仿真45 MPa高压储罐氢气泄漏并引发爆炸事故,分析泄漏爆炸动力学性质以及爆炸波在非均匀氢气浓度中的传播机制。同时,基于泄漏爆炸事故演化的力学机理,开展氢气泄漏爆炸动态风险分析,针对氢气不同泄漏量,建立泄漏扩散形成的气云体积、气云爆炸产生的冲击波与空间x,z方向上危害距离之间关系。研究结果表明：氢气泄漏过程中,气云氢气浓度变化与流场雷诺数具有较好一致性;氢气扩散受到高压储氢罐周围装置影响,流场中氢气浓度分布不均匀;当发生燃烧爆炸事故时,冲击波参数和湍动能变化梯度大;得到复杂布局区域冲击波超压峰值与比例距离之间关系式,其相比于理论方法更精细、计算结果更准确。研究结果可为降低高压储氢系统泄漏爆炸事故后果、采取有效防护措施提供一定依据。     

中压天然气管道泄漏扩散模拟研究

建立了埋地中压天然气管道发生泄漏时时的数学模型,将土壤视为各向同性的多孔介质,采用FLUENT对天然气在土壤中的扩散规律及浓度分布进行模拟,分析不同时刻地表的危险区域范围,并对比了不同管道压力、泄漏孔径大小、泄漏位置等工况下危险半径随时间的变化。结果表明:管道压力越大,泄漏的体积流量越大,同一时间危险范围越大;相同的泄漏压力下,泄漏孔径对危险半径没有很大影响;不同泄漏孔位置,泄漏初期向上开口时危险半径最大,一段时间后向下开口危险半径最大。     

CFD方法对突发性化学事故中危险物质泄漏范围的确定

简要分析了目前国内主要用于预测易燃易爆(有毒)物质发生泄漏事故后浓度扩散范围的计算方法。并介绍了国际上比较成熟的计算流体力学相关软件的数学模型及特点和边界条件的设置。针对液氨发生泄漏后氨气在一定大气环境条件下扩散的过程和特征,建立了相应的数学模型并设置了边界条件,通过数值计算得到氨气在水平方向风速环境下在三维空间内浓度分布规律。通过分析氨气扩散后爆炸浓度下限范围,探讨了如何设置警戒区的方法。最后分析了将计算流体力学方法应用于确定易燃易爆(有毒)物质泄漏后浓度范围的前景与不足。     

通风状态下综合管廊燃气管道小孔泄漏扩散模拟研究

为揭示多因素影响下的综合管廊复杂受限空间燃气随时间的扩散集聚特性，利用Fluent软件模拟常态机械通风下不同泄漏口朝向、泄漏口位置、管道压力、泄漏口孔径及形状的燃气浓度分布特性。结果表明：泄漏口朝向对泄漏甲烷初期分布具有重要影响，泄漏口竖直向上、泄漏口竖直向下朝向泄漏甲烷主要分布于管廊中上部区域；泄漏朝向壁面水平距离较远一侧、泄漏朝向壁面水平距离较近一侧泄漏甲烷主要分布于管廊中下部区域；泄漏报警触发时间随泄漏口朝向呈非对称分布，报警触发时间从短到长依次为泄漏口竖直向上、泄漏口竖直向下、泄漏朝向壁面水平距离较近一侧、泄漏朝向壁面水平距离较远一侧，泄漏朝向壁面水平距离较远一侧为廊内最不利泄漏口朝向。综合管廊顶部进风口存在通风滞速区，当泄漏口处于滞速区时泄漏甲烷聚积并达到爆炸极限；泄漏口坐标与廊内泄漏甲烷分布广度呈负相关，泄漏点在滞速区附近为最不利泄漏口位置。泄漏口孔径和管道压力与燃气泄漏量、扩散范围均呈正相关，与报警时间均呈负相关。条缝型泄漏口的泄漏甲烷扩散能力弱于圆形泄漏口，在泄漏口上风处甲烷质量分数高于圆形泄漏口。     

天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟

针对长输天然气架空管道泄漏问题,综合考虑风速随海拔变化的边界条件、管道管形及泄漏方向等因素,建立非稳态泄漏模型,对不同管道泄漏压力和不同天然气浓度边界的天然气非稳态泄漏扩散进行了数值模拟。结果表明:在天然气向下泄漏的工况下,天然气气团主要在地面积聚,呈无规则的扩散;天然气管道泄漏压力与气体泄漏扩散速度成正比,与天然气浓度边界达到稳定所需时间成反比:不同泄漏压力下天然气扩散稳定后的扩散距离及泄漏影响面积大致相同;天然气浓度边界越小,达到稳定所需时间越长。     

隧道内氨气泄漏扩散分布特征数值模拟

为分析运输过程中液氨罐车在隧道内泄漏的危险性,利用Fire Dynamics Simulator(FDS)软件模拟氨气在隧道内的扩散过程,发展了隧道内氨气泄漏扩散体积分数分布特征经验公式。采用大涡模拟处理湍流流动,以便兼顾计算精度和计算效率。考虑储罐车发生泄漏后停止不动,液氨在泄漏瞬间转变为气体,模拟在连续点源泄漏情况下的氨气射流及扩散过程。结果表明,高体积分数危险区域主要集中在隧道顶棚附近,更高截面的体积分数处于爆炸极限的区域更长。泄漏源与洞口之间的隧道中段区域的体积分数梯度相对两端较小,此中段区域也是人员安全高度截面最高氨气体积分数发生位置。最大泄漏量情况下氨气在沿纵向扩散过程中平均运动速率保持在0.63~1.06 m/s,扩散速率随纵向距离增加而降低。顶棚氨气体积分数升高程度随纵向距离增加呈幂函数降低,体积分数沿纵向衰减规律适用于其他泄漏量的情况。后期工作可考虑开展缩尺试验,并同时考虑通风条件等因素对氨气泄漏扩散的影响研究。发展的氨气在隧道内泄漏扩散的体积分数分布经验公式可为氨气事故后果评价、应急处置等工作提供参考。     

以风险分级分析 氨制冷压力管道的安全性

针对氨制冷压力管道,采用事故树的方法确定事故的基本事件,假定氨气泄漏或管道爆炸,对各个基本事件带来的危害范围和危害程度进行评定、分级,依次确定各个基本事件的风险处置措施,起到提前预知风险、提前降低风险或者提前消除风险的作用。     

氢燃料动力船岸基式加注作业泄漏扩散模拟及影响因素分析

为保障氢燃料动力船加注作业安全,基于FLACS软件构建模拟模型,将模拟与实验结果进行对比,分析泄漏方向、大气稳定度、风速等因素对氢燃料动力船岸基式加注作业泄漏扩散的影响,并基于模拟结果划定加注作业限制区域及警戒区域。研究结果表明:FLACS模拟结果与实验结果吻合较好;大气越稳定,泄漏后的氢气云越难扩散;水平方向上,氢气云扩散距离随风速的增大先小幅增加后降低;垂直方向上,较高风速对氢气云扩散存在促进作用;建议水上加氢站的控制室在原先设计的基础上向内移动5 m以上;建议取沿船长方向125 m、沿船宽方向21 m、沿垂直方向24 m为包络线,设置加注限制区域,该区域内禁止无关人员进入,并严禁任何形式的点火源。     

有限空间内氨气扩散过程分析

针对有限空间内的氨泄漏情况,采用FLUENT软件选择合适的模型对不同泄漏压力下有限空间内氨气扩散进行模拟分析。通过对模拟与现场试验分别得到的氨气质量浓度变化数据进行比较,两者趋势吻合,最大误差不超过15%,认为该有限元模型可以为工程提供参考。     

城市管道天然气在土壤中泄漏扩散实验研究

天然气在土壤中扩散行为的实验研究对埋地管道泄漏点的科学定位及泄漏事故的预防具有重要意义.采用全尺度气体泄漏实验系统,模拟真实埋地管道泄漏场景,对泄漏后的天然气在土壤中的扩散对流过程进行实验研究.基于自行研制的气体检测与数据采集系统和GasClam地下气体在线监测仪,分析天然气在土壤中的对流扩散规律.结果表明:埋地管道泄漏后天然气在土壤中的对流扩散过程可以分为4个阶段:孕育阶段、陡然增长阶段、缓慢增长阶段和稳定阶段,其浓度随泄漏时间的变化过程符合S型曲线特征.天然气扩散至检测点所需时间与距泄漏口距离呈现近似的幂指数关系.当检测点位于泄漏口附近区域时,泄漏压力起主导作用.当检测点位于远离泄漏口区域时,泄漏量起主导作用.     

氨气泄漏源定位方法研究与监测系统研制

为减少工业氨气泄漏造成的环境污染、人员伤害及财产损失,建立适用于工业氨气泄漏的气体扩散高斯模型,提出氨气泄漏源的定位方法,并研制出一套基于Zig Bee无线传感网的氨气泄漏无线监测系统,其主要包括检测节点、网络协调器以及上位机。试验模拟不同浓度下的氨气泄漏定位,实测的相对定位误差约为12%。试验结果表明:通过简化后的气体扩散高斯模型检测空气中的氨气浓度,并对泄漏源定位,结果与实际情况相符,测量精度符合国家标准;增加氨气传感器的数量可降低定位误差,提高救援抢险效率。     

土壤-大气中燃气泄漏扩散规律研究

为对燃气管道、与其并行管道的敷设及燃气泄漏事故的应急管理决策提供依据,采用环刀法和自主搭建的试验平台,获得孔隙度和土壤阻力系数等土壤扩散控制方程的关键参数;建立埋地管道燃气泄漏的物理模型,并运用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法,研究管道埋深及泄漏孔径对燃气沿土壤-大气扩散规律的影响。结果表明:随着埋深的增加,燃气在土壤中的危险区域范围先减小后增大;随着泄漏孔径的增大,危险区域范围明显增大;燃气沿土壤-大气扩散时易在街谷内形成近地面积聚。因此,敷设燃气管道时适宜的埋深可减小燃气在土壤中扩散的危险区域范围,与燃气管道存在耦合危险的并行管道最好沿街道两边分开敷设,街道空腔区是燃气泄漏事故应急管理的重点区域。     

压缩天然气瓶组安全间距数值模拟研究

天然气气瓶组的安全间距是压缩天然气加气站内的主要安全参数之一.基于CFD软件的物质传输与反应模块建立了高压天然气的泄漏扩散数值模型.应用模型对天然气气瓶组的泄漏扩散进行了研究,并考察了不同泄漏孔径(0.01 m、0.02 m、0.05 m)对泄漏扩散所形成危险区域传输距离的影响.依据数值结果确定了天然气气瓶组的安全间距.研究结果表明: 该泄漏扩散模型能直观实时的显示不同时刻天然气泄漏扩散在模拟区域中的传输距离与浓度分布,因此可用于高压天然气泄漏扩散事故的分析和储存装置安全间距的确定.相关研究结论可以为高压天然气泄漏扩散事故的处理提供依据,为天然气加气站的设计以及高压天然气场合安全间距的确定提供参考.