室内氢气泄漏扩散的数值模拟

氢能是有发展前景的新型能源之一,氢气的安全储存是氢能应用必须解决的问题。本文建立了基于大容量金属储氢装置的室内氢气泄漏扩散模型,利用计算流体力学软件FLUENT,对室内储氢罐的泄漏扩散过程进行数值模拟,得到了氢气泄漏扩散的速度分布、浓度分布。分析数值模拟结果,得出在该模拟条件下,氢气泄漏时的流动状态为射流湍流;泄漏后上浮扩散,空间密闭时积累于室顶;通风条件下大部分区域的氢气浓度仍然高于安全限值。通过数值模拟,总结出氢气在室内环境下的泄漏扩散规律,可为氢气泄漏事故的处理消防安全设置提供依据。     

油氢合建站储氢瓶组氢气泄漏扩散行为研究

为探究油氢合建站储氢瓶组阀体面板失效后引发的氢气泄漏事故及氢气扩散行为的影响因素,根据真实场景构建等比例数值模型,针对不同泄漏源和环境风力条件下的氢气泄漏扩散过程进行了模拟研究,从事故后果角度提出了不同事故场景下的应急处置方式。结果表明,当储氢瓶组发生小孔泄漏时,氢气运动沿中心线形成欠膨胀射流,在泄漏源周围形成氢气云团高浓度分布。随着泄漏口孔径增大,短时间内氢气扩散在距离泄漏源较远区域形成具备爆炸性的混合气云团。氢气泄漏方向的改变直接影响其扩散行为的变化,促使氢气/空气混合气云团分布区域呈现显著差异。对于水平泄漏模式下的氢气扩散行为要着重考虑站内装置和设备的阻挡作用,而竖直向下的泄漏模式会造成范围更广的高浓度氢气聚集。随着环境风力的增强和站内布局复杂化,泄漏氢气在局部区域浓度升高,沿下风向水平范围的扩散半径增大,而在竖向空间的扩散高度下降,爆炸性混合气云呈现朝下风向区域移动的趋势。     

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。     

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。     

燃料车内氢气泄漏扩散数值模拟研究

基于FULUENT软件的物质传输与反应模块,建立了燃料车内氢气泄漏扩散的数值计算模型.应用模型对储气瓶不同位置的泄漏扩散进行了数值计算,得到了氢气在车内泄漏扩散后的危险区域分布情况.结果表明:氢气瓶上方挡板位置是氢气泄漏扩散后的高浓度区域,泄漏后的氢气在该处容易发生积聚.研究结论可以为车内预警用氢气监测传感器的放置以及氢燃料车的安全设计提供参考.     

钢铁企业工作场所煤气泄漏扩散规律的研究

以钢铁企业管网煤气泄漏为研究对象,以煤气泄漏扩散规律为研究主题,在确定煤气泄漏相似于浮力射流的基础上,建立煤气泄漏扩散的数学模型。采用CFD软件PHOENICS数值模拟气体泄漏过程的速度场及其浓度分布。在已有煤气泄漏检测系统的基础上,选择性实验模拟煤气泄漏浓度与扩散时间、扩散方向的变化。数值模拟和实验模拟表明,虽然两种方法所得结果存在一定差异,从定性分析角度而言,却能够反映工作场所煤气泄漏后在有限空间内运移扩散的一般规律。     

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Fluent的氢气输运管道泄漏扩散数值仿真研究

针对高压氢气输运管道易发生氢气泄漏的特点,利用Fluent开展了高压氢气输运管道氢气泄漏的数值模拟,得到了不同环境因素下的氢气扩散结果。结果显示氢气从泄漏口处发生射流,受外界风的影响,氢气扩散区域向下风侧偏移,危险区域主要集中在泄漏口轴线下方。利用Fluent后处理估算不同时刻危险区边界,然后利用ORIGIN软件做危险区边界与泄漏时间关系图,为应急救援提供参考建议。     

剧毒化学品甲苯-2，4-二异氰酸酯运输危险性评估

为探讨低挥发性剧毒化学品甲苯-2,4-二异氰酸酯在运输过程中大量泄漏引起群体中毒事故的可能性以及对环境的影响,对本品的急性毒性、扩散模型、环境转归、生态毒性,以及运输泄漏事故资料进行综合分析和评估。评估结果本品吸人中毒的潜在危险性指数为低度危险物质;扩散模型运输泄漏模拟危险区域下风向距离小于某些非剧毒品;环境转归研究显示本品在环境介质中没有持久性,没有明显的生物蓄积性,生态毒性较低;历年来运输泄漏事故分析未见发生大规模严重群体中毒和环境污染事故。认为本品在运输过程中大量泄漏,不会大范围扩散引起严重群体中毒事故,也不会对环境造成严重和长期的危害,建议在运输环节中运输条件适当放宽,按照一般有毒品进行管理。     

基于FLACS的化工园区公共管廊事故后果模拟

针对化工园区公共管廊的特点,利用FLACS软件对上海化学工业区内的公共管廊进行三维建模,在考虑风场、建筑物等因素影响的基础上,模拟了丙烯和氢气管道的介质泄漏扩散及爆炸事故,分析了特定场景中的可燃云团扩散过程、爆炸冲击波发展规律及后果严重程度。研究结果表明,丙烯和氢气管道发生泄漏后都可能引发气云爆炸,且通风状况越差、障碍物越多,爆炸冲击波的破坏作用越强。当管内介质为丙烯时,爆炸后果影响较轻;而管内介质为氢气时,爆炸会对周围建筑物和人员造成较大的破坏,且局部区域存在较高的爆炸超压值。模拟结果为公共管廊的规划布局、事故预防、安全管理等提供了理论指导。     

基于稳定风场的架空天然气管道泄漏数值模拟

针对架空管道天然气泄漏问题,考虑管道自身对泄漏扩散的影响,利用计算流体力学(CFD)软件建立天然气管道三维泄漏模型,为提高模拟可信性和合理性,先对计算流域风场进行稳态模拟,再对天然气泄漏扩散过程进行瞬态模拟,分析天然气泄漏扩散规律及风速对泄漏扩散的影响。结果表明:在稳态风场模拟中,管道附近风场受管道影响十分明显,管道上下侧面风速极高;在瞬态天然气泄漏扩散模拟中,天然气泄漏初期的扩散受风速影响明显,验证了先进行稳态风场模拟的必要性,泄漏扩散达到稳定状态后出现气云沉降、单侧分布、尾部分叉、风速影响扩散距离的特征;同等风速条件下,较小浓度边界扩散范围大,达到稳定所需时间短,同等浓度边界条件下,风速与扩散影响面积和浓度边界达到稳定所用时间成反比。     

公路隧道内CNG管束气瓶车泄漏天然气扩散CFD仿真

气体管束气瓶车是运输压缩天然气(Compressed Natural Gas, CNG)的重要工具,针对CNG管束气瓶车运输过程中在公路隧道内发生追尾导致泄漏问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立CNG管束气瓶车遭追尾致泄漏后果预测与评估模型,对公路隧道内风场条件下泄漏天然气的扩散过程进行模拟与分析,研究CNG管束气瓶车泄漏天然气在隧道内的扩散规律和形成的危险区域范围。仿真结果表明:泄漏天然气扩散具有极速泄漏、外力作用、初期膨胀增长和稳定收缩等特征;喷射气云团能够覆盖肇事车辆前部,可能导致驾驶人员窒息或引发火灾、爆炸事故;实例工况下,泄漏气体扩散至稳态以后,形成爆炸极限浓度范围内的气云分布在肇事车辆前部1.5m至肇事车辆中部之间的区域;进行事故应急响应时,应封锁事故隧道,加强隧道内通风,在消防水枪的稀释掩护下对管束气瓶车进行堵漏作业。     

车库内氢气扩散和分布状态的数值模拟

为研究车库内氢气连续性泄漏的浓度分布和聚集状态,采用ICEM-CFD软件建模,利用Fluent软件对氢气连续性泄漏过程进行了模拟。通过分析监测点氢气物质的量分数、氢气分布和可燃性区域体积分数,研究了横梁及其间距(L)、自然通风、通风口面积(A)对车库内氢气的扩散和分布状态的影响。结果表明:在密闭状态下,无横梁时可燃性区域最小,L=3 m时可燃性区域最大;当A=0.5 m2时,在自然通风的作用下,车库底部氢气物质的量分数明显下降,但车库中部和上部氢气物质的量分数与密闭时相近;当A=1 m2时,虽然初始阶段氢气物质的量分数上升很快,但很快就趋于稳定,监测点氢气物质的量分数均在爆炸下限以下,此时自然通风能够消除氢气爆炸的风险。     

基于CFD技术对危险气体突发性泄漏仿真

利用基于CFD技术的Fluent软件对甲醛储罐突发性泄漏扩散规律进行仿真模拟,得到甲醛在实际工作场所的扩散规律以及浓度分布规律,为预测甲醛突发性泄漏扩散的影响范围以及职业卫生评价提供依据。对研究甲醛的运动扩散规律以及相关安全事故预警和救援具有指导意义。     

液氯储罐瞬时泄漏扩散质量浓度分布规律与中毒后果评价

液氯储罐一旦发生泄漏,容易在大气中快速扩散,其扩散速度受到泄漏量、外界风速等条件的影响。为了研究不同风速和泄漏量对氯气扩散规律的影响,分别在泄漏量为2 kg、5 kg,外界风速为2 m/s、5 m/s的条件下,采用Fluent软件模拟了氯气储罐瞬时泄漏后氯气质量浓度随时间的分布规律,并结合氯气的致死浓度,对氯气扩散区域最大质量浓度分布及其毒性致命损伤进行了分析。结果表明,氯气扩散初期,云团浓度较高,重气效应比较明显,随时间增加云团逐渐增大。泄漏量越大,氯气的扩散速度和致死区范围越大,毒性致命损伤时间越短;风速越大,致死区的影响距离越大,但致死区的影响时间大幅度缩短,能有效降低氯气的中毒危害。     

钢铁企业开放空间煤气扩散规律研究

研究目的是探索钢铁企业开放空间煤气泄漏的扩散规律和影响范围。采用matlab模拟煤气泄漏后CO的浓度分布和扩散距离规律。通过建立煤气泄漏扩散数学模型,对其影响煤气气扩散的主要因素进行了分析、探讨了煤气毒性范围的划分,并以某钢铁企业为实例进行数值模拟和计算。模拟结果显示,大气稳定度、风速对煤气泄漏扩散的浓度影响起着非常重要的作用。大气稳定度和风速会显著改变有害气体的扩散状态。在风速和泄漏增大时,煤气在开放空间扩散距离大,影响范围广,应合理布置煤气监控点,预防煤气中毒。     

泄漏孔高度对液氯槽罐车泄漏后果的影响研究

为研究液氯槽罐车在道路运输过程中,罐体泄漏孔高度对液氯泄漏扩散过程的影响,本文基于计算流体力学软件Fluent,建立不同高度泄漏孔对应的罐体气相、液相空间泄漏的理论模型,计算不同泄漏模型的泄漏量,研究不同风向、风速、泄漏孔径对氯气泄漏扩散过程的影响。结果表明:风向对2种泄漏模式的扩散范围影响不显著;风速较小时,气相空间泄漏的致命范围大于液相泄漏;风速较大时,液相空间泄漏的致命范围远远大于气相空间;同时,两者受风速的影响具有相似点,风速越大泄漏扩散相对稳定后的氯气浓度值越低;气相、液相泄漏模式的致命范围均随泄漏孔径的增大而增大。研究成果可为液氯槽罐车泄漏事故应急救援、应急处置提供依据。     

基于Fluent的坡面天然气管道破裂泄漏扩散模拟

为了能够准确的估算输送天然气的管道因泄漏事故导致的损失,就必须建立合理和精确的输气管道泄漏扩散模型。运用流体动力学软件Fluent模拟处于坡面的天然气管道发生破裂时的泄漏扩散规律,得到天然气在泄漏孔径(0.1m,0.18m,0.24m,0.3m)、风速(0 m/s,4m/s,8m/s,10m/s)和泄漏初速度(179m/s,314m/s)对扩散过程的影响,得到坡面天然气管道泄漏扩散规律。研究结果不仅为预测坡面天然气管道泄漏扩散的影响提供了依据,而且对于认识坡面天然气管道泄漏扩散规律、为相关安全事故的预警和救援具有指导意义。     

基于稳定风场的埋地天然气管道泄漏数值模拟

针对目前城镇埋地管道天然气泄漏研究模拟工况简单、可信性较低等问题,考虑障碍物对环境风场的影响,利用计算流体力学（CFD）软件建立天然气管道三维泄漏模型,将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和管道泄漏扩散的瞬态模拟两步,分析天然气泄漏扩散规律。结果表明:在风场稳态模拟中,建筑物附近风场受干扰明显,上游形成小范围的低速滞留区,下游形成较长的尾迹。在天然气泄漏扩散瞬态模拟中,土壤层天然气受风速影响较小,气体在近地面及贴近建筑物侧积聚,扩散范围随时间逐渐趋于稳定,泄漏扩散达到稳定后表现出土壤层积聚、气云沉降、贴近建筑物积聚、气云扩散局限性的特征。风速主要影响天然气的扩散高度,对水平方向的扩散范围影响较小,风速与天然气扩散高度成反比。     

危险性物质泄漏事故扩散过程模拟分析

研究分析了描述气态危险物质泄漏扩散过程的多种现有模型的特点,选择以高斯烟羽模型 高斯烟团模型为基础,探讨进行模拟分析的有关参数的选取,设计了开发了气态危险物质泄漏事故扩散过程模拟分析的软件系统,通过算例计算,模拟分析了泄漏物质的扩散过程及地面浓度分布,计算结果表明了计算机模拟分析的有效性,但高斯模型对重气体或轻气体的模拟丰在失真现象,影响了过程模拟的准确度。