敞开空间水幕抑制阻挡非水溶性有害重气扩散的试验研究

通过室外水幕抑制阻挡CO2扩散试验分析了CO2泄漏时的体积分数分布,探讨了水幕压力、水幕到泄漏源距离、泄漏源高度对水幕抑制阻挡重气云扩散能力的影响,得到了不同初始条件下的水幕稀释效率.结果表明:水幕压力越大,抑制效果越好;泄漏源到水幕的距离较近时,CO2容易穿透水幕;泄漏高度低于水幕高度时,泄漏高度越高,水幕抑制效果越差.在此基础上得出了扇形水幕抑制阻挡重气云扩散机理,即向上喷射的扇形水幕是通过垂直向上的机械趋散作用、空气卷吸等将重气向上驱散,从而达到抑制阻挡非水溶性重气的目的.     

基于数值模拟的扇形水幕阻挡稀释氯气扩散的影响因素研究

在重气储罐区内设置喷射水幕是安全隔离、控制重气泄漏后扩散和减缓事故后果严重程度的重要措施之一。为此,利用计算流体力学(CFD)模型建立了氯气泄漏扩散模型,对扇形水幕阻挡稀释氯气扩散过程进行了动态模拟及影响因素分析,分别模拟了外界风速、水幕的喷射角度、水幕距泄漏源距离、水幕流量和水幕液滴直径等参数对氯气泄漏后扩散的影响情况。结果表明,合理地设置水幕能够有效阻挡氯气的扩散、缩短危险距离和减少危害面积。在大气稳定的情况下,外界风速、水幕的喷射角度、水幕距泄漏源距离、水幕流量等参数、水幕液滴直径是影响扇形水幕阻挡氯气扩散的重要因素。其中水幕距泄漏源距离和水幕流量2个因素对阻挡稀释效果的影响比较明显,水幕距泄漏源的距离越小,水幕的动量越大,阻挡稀释效果越好,水幕流量适中时效果最好,流量过大或过小阻挡稀释效果都要差一些。因此,合理设置相关参数有利于提高水幕性能,更加有效地降低氯气泄漏事故的后果。     

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。     

水幕稀释阻挡泄漏LNG效果的数值模拟

水幕为LNG泄漏事故提供了高效、廉价的减灾方案,如何设计布置水幕喷头却缺乏科学的指导。利用计算流体力学对水幕和LNG之间的作用过程进行数学建模,再借助CFD软件模拟泄漏事故并求解。通过监测NG体积分数和展示流场图对水幕的作用机制进行分析,且探究了水幕距离等变量对水幕作用效果的影响。结果表明:扇形水幕与锥形水幕都可以有效阻隔和驱散LNG重气云,扇形水幕隔离危险区域的效果更好;在此事故情形中扇形水幕距离泄漏源9m时驱散效果最好,当距离过近时LNG重气云团易穿透扇形水幕,距离过远使得危险区域过大,不易控制;水幕压力对扇形水幕的驱散和阻挡云团的影响不明显;扇形水幕串联叠加可有效提高驱散及阻挡效率,扇形水幕并联会导致两个水幕作用重叠的区域的水幕阻挡作用被严重减弱。     

扇形水幕抑制丙烷气体扩散的数值模拟

由于丙烷气体具有易燃易爆的危险性,不宜采用试验研究.二氧化碳与丙烷在标准状况下密度相当,同属于重气,因此,在研究中拟用二氧化碳代替丙烷.首先利用Fluent对扇形水幕抑制二氧化碳的扩散进行了数值模拟,模拟所设定的参数均与试验相同,在与试验数据进行对比后验证了Fluent模拟重气扩散的有效性及可行性.然后利用Fluent对水幕抑制丙烷扩散进行了数值模拟,从模拟过程中得出,水幕产生的阻挡作用、机械湍流作用及造成的空气卷吸作用对丙烷的扩散起到很好的抑制效果.通过设置不同水幕压力和泄漏源与水幕之间的距离,对其影响扇形水幕抑制丙烷扩散的效果进行了数值模拟,结果表明扇形水幕压力越大抑制效果越好、水幕距泄漏源距离越近抑制效果越好.     

可喷射水幕的水马装置设计及参数分析

设计一种可以恒压喷射水幕的水马装置,用于危险化学品道路运输泄漏事故应急处置。建立了甲醇道路运输泄漏物理模型,利用计算流体力学(CFD)模型研究了扇形水幕和锥形水幕条件下的气云扩散特性,分析了不同供水压力、喷嘴安装角度等参数对水幕稀释性能的影响。研究表明:水幕可以有效阻隔气云扩散;在相同供水压力下,扇形水幕的阻隔稀释效果优于锥形水幕;稀释效率随供水压力的增大而增大,供水压力设定在0.3 MPa时比较合理;随着喷嘴安装角度的增大,水幕阻隔稀释效果下降。     

CO2封存泄漏大气扩散规律及监测方案——以延长油田CO2-EOR工程为例

针对延长油田CO_2-EOR项目的潜在泄漏问题,根据当地气象环境条件,利用重气扩散模型研究了CO_2泄漏运移特征,并以此为依据,讨论了该工况条件下CO_2泄漏的大气监测方案。结果表明:CO_2喷射泄漏后先上升后下降,并沿着下风向运移;在研究区优势风速2.7 m/s条件下,喷射高度与最大CO_2体积分数点高度随泄漏速度增加而上升;CO_2顺风向运移距离大于侧风向运移距离,且泄漏的地表影响范围随泄漏速度增加呈近似线性增加;泄漏速度3 kg/s时开始出现危险区域,且大于该泄漏速率时,地表危险区面积随泄漏速度增加呈抛物线变化;监测点应位于距离泄漏源下风向50~80 m处,在监测高度0~4 m范围内,CO_2监测半宽相对稳定且较大,约为12 m,当监测高度大于4 m时,监测范围明显减小;考虑到监测点预警功能,认为研究区大气监测需要在潜在泄漏源的西北和正南方向50 m处、高度为0~4 m范围内各设置1个CO_2大气监测点,该监测方案可根据现场最大泄漏量预估值及监测预警要求,适当减小与潜在泄漏源的距离。     

化工罐区重质气体多源泄漏扩散实验研究

在模拟实验平台开展了罐区重质气体多源泄漏扩散的实验研究,考察多泄漏源同时泄漏时,泄漏源在罐区的位置、泄漏源间距对罐区重质气体漏扩散过程的影响。结果表明:泄漏源越靠近罐区边缘,重质气体扩散范围越大;泄漏源越靠近罐区中心区域,周围罐的阻碍作用较大,中心区域的重质气体浓度越高;泄漏源间的间距越小,泄漏源中间区域的重气浓度越大,泄漏源间的间距增大,气体扩散范围也增大,事故影响范围越大;泄漏压力、体积速率总和相同时,在一定的距离范围内,多源同时泄漏时空间各点的重质气体浓度与各泄漏源单独泄漏时空间各点重质气体浓度总和基本一致。     

胶带运输巷水幕抑制火灾烟气效率影响因素实验研究

针对胶带运输巷火灾时期有毒烟气蔓延严重威胁工作人员的生命安全问题,提出利用水幕阻烟法抑制火灾烟气传播,搭建小尺寸实验台研究水幕对矿井巷道火灾烟气的阻挡效果。通过分析火灾烟气的运移规律,测量温度分布、非水溶性火灾烟气体积分数的变化,检验矿井运输巷内设置水幕阻烟的有效性。实验结果表明:水幕开启后,其下游空间烟气体积分数降低,能够有效阻止火灾烟气的扩散;水幕远离烟气源、增加水幕层数、水幕向上喷射、喷头压力增大均能够提高水幕的阻烟效果。实验为矿井巷道等地下建筑的防排烟设计提供了思路,对火灾的救援与人员的疏散具有重要意义。     

锥形水幕稀释丙烷泄漏扩散的数值模拟研究

采用CFD软件Fluent对有无水幕作用情况下丙烷泄漏扩散过程进行了数值模拟,探讨了上喷锥形水幕对丙烷扩散的影响,得到了不同情况下丙烷体积分数场、速度场分布,并在此基础上讨论了锥形水幕稀释丙烷泄漏扩散的机理.结果表明:无水幕情况下气体扩散稳定无湍流;水幕开启初期会形成较强的上升气流,随后在水幕周围较大范围造成逆时针流场,当水幕成型后,逆时针流场开始偏转,最终形成复杂的湍流流场;一部分丙烷被上升气流带到水幕上方与空气混合,另一部分丙烷穿过水幕或在湍流扰动下绕到水幕后方与后方空气混合稀释后向出口处扩散;开启水幕后,地面处丙烷体积分数下降非常明显,高处丙烷体积分数略有增加.分析得出锥形水幕稀释丙烷气云扩散机理:上喷锥形水幕在水幕附近形成较强湍流,加快空气流通速率,吸卷更多的空气到水幕处,与水幕处泄漏气体混合,同时湍流加强了周围流场流通速率,防止气体积聚,从而达到稀释气体的目的.     

室内空间重气扩散浓度场变化过程的试验研究

以二氧化碳气体为对象,对室内空间重气连续泄漏扩散过程进行试验研究,分析气体体积分数的变化规律.结果表明,二氧化碳在室内空间泄漏后,出现明显的沉降现象,泄漏源高度以下位置的体积分数远大于高处的体积分数,且气体体积分数上升的速度也明显增大.墙壁的阻挡作用会使近墙处气体体积分数比其他位置要高.中心面上,泄漏初期二氧化碳体积分数变化梯度不大,但随着时间的进行,体积分数梯度变大,逐渐出现脱分层现象.通过比较同一时刻不同面上气体体积分数的分布情况,可以发现,靠近地面处的水平向上体积分数分布较均匀,而垂直面上体积分数分布不均匀.二氧化碳扩放过程中,径向上有一个初始速度,而在横向上表现为自由扩散.不同高度水平面上,随着高度的增加,二氧化碳的体积分数值和高体积分数区域都逐渐减小,且在离泄漏源较远处的两侧墙壁处富集,而泄漏源下方有个体积分数相对较低的区域.     

有毒气体在不同泄漏模式下的事故后果分析

为研究氯化氢气体在不同泄漏模式下泄漏扩散的影响范围,基于DEGADIS重气模型,使用ALOHA软件对罐体泄漏和管道泄漏进行了模拟研究.对于罐体泄漏的小孔连续泄漏、大孔有限时间泄漏、瞬时泄漏3种模式,在相同泄漏量和同等气象条件下,氯化氢体积分数随距泄漏源距离的增加而降低,但瞬时泄漏的影响范围最大,且扩散速度最快.对于管道泄漏的无限源和有限源泄漏模式,前者的影响范围高于后者,但与泄漏量不成正比例增加.通过比较可知,罐体的瞬时泄漏和管道的无限源泄漏模式具有较大的危害区域.     

危险性重气介质在隧道内泄漏扩散数值模拟

采用CFD软件Fluent对隧道内运载危险性重气(氯气)的槽罐车在行驶过程中发生小孔泄漏导致的氯气扩散进行了数值模拟,得到危险性重气质量浓度随时间和空间的变化规律,分析了泄漏源位置改变产生的不同释放方式以及车体不同行驶速度对危险性重气泄漏扩散的影响。研究结果表明,在相同条件下,车子的速度越大,氯气泄漏产生的危害性越小;泄漏孔位于车体后部比顶部更危险,产生危害更大;泄漏后不同时刻隧道内危险距离及造成损失不同,对泄漏危险距离进行了分析和确定,得出了不同条件下的死亡半径和重伤半径。研究结果可为隧道内有害重气介质泄漏扩散引发的事故的预防和控制提供借鉴。     

水幕稀释罐区LNG泄漏扩散试验与模拟研究

为缓解液化天然气(LNG)泄漏事故后果,利用有色发烟剂模拟LNG泄漏扩散行为,研究水幕的关键参数,包括安装位置、安装高度等对罐区LNG泄漏云团稀释效果的影响,并采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT验证试验结果。模拟结果与试验结果基本吻合,表明有色发烟剂试验能够定性模拟罐区LNG泄漏扩散及水幕稀释云团效果。水幕安装在储罐与泄漏源中间,并且安装高度高于云团2倍以上,能够有效稀释LNG云团,保护储罐安全。水幕稀释云团的主要物理机制是液滴与空气间动量交换抬升云团高度,形成的旋涡卷吸空气进入云团内部,加速云团稀释。     

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。     

高原山区城市重气泄漏扩散的风洞试验研究

进行重气泄漏扩散环境风洞试验,研究高原山区城市中重气泄漏扩散规律.结果表明,高原山区城市重气泄漏扩散存在1个危险风速,该风速下环境中重气浓度达到最大值,同时黏滞系数也达到最大值.通过多项式拟合可求出危险风速.当地年平均风速条件下,重气浓度随下风距离增加而减小,而在排放源下风向500 m外,随着距离的增加,重气浓度的变化趋缓;重气浓度在横风向上呈偏态分布;在垂直方向上随着高度的增加而减小,而高度超过20 m后重气浓度随高度的变化较小.     

风速对LNG泄漏扩散过程影响的数值模拟

为研究环境风速对液化天然气(LNG)泄漏扩散过程的影响,采用Fluent建立LNG连续泄漏计算流体力学模型,开展不同风速下LNG泄漏扩散过程的数值模拟研究。结果表明,LNG泄漏扩散分为扩散初期、扩散中期、扩散后期3个阶段,扩散过程中LNG从低温重气逐渐转变成轻质气体。环境风速对气云的扩散主要体现在:低于5级风时,云团以两侧卷吸为主,气云表现为"叶状分叉"、中间低两端高,此时气云横风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而增大;而高于5级风时,云团以顶部卷吸为主,气云表现为云团坍塌、中间高两端低,此时气云垂直风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而减小。初步建立了LNG蒸气云爆炸风险范围与冻伤区域和泄漏时间、环境风速的函数关系,可为爆炸风险区域和低温冻伤区域的预测提供理论支撑。     

高压天然气非恒定速率泄漏扩散数值模拟研究*

为保障天然气工业安全生产与运营,以某天然气储配厂为例,采用等效喷嘴和过程模型,利用FLACS软件对罐区高压天然气非恒定速率泄漏扩散进行数值模拟,考察环境风速及泄漏时间对气体泄漏扩散的影响。结果表明:储存压力为1.05 MPa的天然气储罐发生泄漏会产生欠膨胀射流,泄漏初期具有447.44 kJ的高动能,并在近场扩散起主导作用;在气体持续泄漏的200 s内,泄漏质量流量仅发生0.71 kg/s的变化,对泄漏扩散影响不明显,各风速条件下的泄漏会在动能稳定风场和浮力的共同作用下,使可燃气云体积及分布在一定时间内达到动态稳定状态,等效化学计量气云体积不再发生明显变化;质量流量会随着时间的增加变化会越来越明显,进行非恒定速率气体泄漏扩散的模拟,会更有利于现场情况的判断和处置;风速的增大与风向对扩散的影响成正比,与气云趋于动态稳定的时间、可燃气云分布及体积成反比。     

飞机库燃油泄漏扩散特性及影响因素分析

为有效预防飞机库燃油泄漏扩散导致的重大安全事故,基于国内某飞机库空间结构,建立了燃油泄漏扩散试验平台,通过模拟试验及数值模拟的方法,探究飞机库燃油泄漏扩散过程油气体积分数的分布规律及环境因素的影响。结果表明：飞机库水平方向上油气扩散速度较快,竖直方向上呈现明显的分层规律,经过初始稀释、障碍累积、重力沉降及被动扩散阶段后实现浓度平衡;温度、泄漏位置和泄漏量对飞机库内油气体积分数分布影响显著,随着温度的升高,模拟机库空间内最大油气体积分数增幅较大,泄漏位置主要影响空间内部油气扩散达到平衡体积分数的时间,泄漏量对空间内最大油气体积分数、油气的平衡体积分数及达到平衡体积分数的时间均有影响,对油气的产生速率影响不大;飞机库内障碍因子对油气扩散的扰动以及油气累积后的二次加速现象,使得飞机库内湍流强度急剧增大,导致危险油气体积分数区域不断扩大。     

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。