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。     

连通器内预混气体泄爆过程的数值模拟

连通器内预混爆炸性混合气体被点燃后，随着气体燃烧火焰的传播，而发展成爆轰，压力急剧上升，故研究连通器安装爆破片后，泄爆过程的数值模拟有其重要价值。采用有限元的方法，对连通器内预混气体的火焰传播和泄爆过程进行数值模拟。通过模拟获得了不同时刻燃爆的速度场、密度场、浓度场、温度场，为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据。     

连通器内预混气体泄爆过程的数值模拟

连通器内预混爆炸性混合气体被点燃后,随着气体燃烧火焰的传播,而发展成爆轰,压力急剧上升,故研究连通器安装爆破片后,泄爆过程的数值模拟有其重要价值.采用有限元的方法,对连通器内预混气体的火焰传播和泄爆过程进行数值模拟.通过模拟获得了不同时刻燃爆的速度场、密度场、浓度场、温度场,为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据.     

置障管道内天然气爆炸过程微观特性数值模拟研究

为揭示障碍物对于火焰传播过程中的激励作用,采用Zimont火焰面模型对内置不同阻塞率障碍物的密闭管道内天然气-空气预混气体的燃爆过程进行数值模拟,结果表明障碍物对于天然气燃爆过程中火焰传播的激励作用明显,火焰传播经历了从层流向湍流的转变过程,70%阻塞率时激励作用达到最大,火焰前锋速度达到了1 156 m/s,管道内最大爆炸压力达到1.02 MPa;火焰传播至障碍物处时,不同阻塞率障碍物场中湍流动能峰值变化趋势基本一致,且高湍流动能区的分布与湍流动能峰值发生剧烈变化。     

柱形连通容器内预混气体爆炸过程的火焰传播模拟

为研究连通容器内气体爆炸规律,采用Fluent(经典流体动力学软件)对柱形连通容器内预混气体爆炸过程进行模拟,模拟了不同点火位置和火焰传播方向条件下连通容器内火焰传播过程和压力变化,并分析了连通容器内不同时刻的速度场.结果表明:火焰面在传播过程中并非完全对称,当火焰到达传爆容器后,湍流燃烧剧烈,火焰不规则变形显著;端面点火后在传爆容器内产生的压力峰值和压力波动比中心点火时更大;当起爆容器为大容器时,传爆容器内气体预压缩程度更大,压力峰值更高.     

公共建筑结构内爆炸效应的数值模拟

大型公共建筑结构内的爆炸问题分为4个连续阶段,即炸药的爆轰、冲击波的传播、冲击波与结构壁面的反射、结构壁面在爆炸载荷作用下的动力响应。为研究大型公共建筑结构内爆炸的效应,以爆轰动力学、爆炸力学、结构动力学和爆炸力学计算方法等多个领域的理论知识为基础,选取典型长方体空间为研究对象,采用有限元计算方法,对长方体密闭空间内冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性进行了数值模拟。结果表明:在爆炸冲击波距离结构壁面较远时,计算模型中的冲击波衰减规律与无限大气中的相似,可以采用空爆理论计算模型;而在结构壁面处,由于受到反射冲击波的影响,当反射波与入射波叠加后在某些观察点会出现压力急剧升高,甚至压力超过首个峰值的现象;在结构壁面的角域,由于冲击波衰减缓慢,超压作用时间较长,破坏效果也最大。     

密闭储罐内填充非金属多孔材料后预混可燃气体火焰传播的数值模拟

采用商业软件Fluent 6.3建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型,对密闭储罐内多孔介质中丙烷-空气预混燃烧进行数值模拟。结果表明:火焰在空爆时比在填充多孔材料后发展的快得多,空爆时表压数量级为106,而填充多孔材料后表压数量级为104,说明此非金属多孔材料有很好的阻火性能和抑爆性能;且多孔材料的平均孔径越小,其阻火防爆性能越好。     

城市燃气管道泄漏爆炸事故三维风险数值模拟

城市燃气管道在发生泄漏导致火灾爆炸事故时,在空间某点形成的风险,不仅与泄漏量、泄漏时间有关,还与空间有无障碍物、泄漏环境等因素有关。基于物理场经典的场理论,定义城市燃气管道泄漏爆炸事故的风险场,推导出多个危险源在空间某点形成的风险强度公式。利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件模拟有无障碍物时爆炸事故形成的风险在空间传播规律。结果表明,障碍物对空气超压峰值的影响具有距离效应。在障碍物近区,空气冲击波经反射叠加作用造成超压峰值急剧升高;在障碍物远区,空气冲击波经障碍物反射后由于随距离衰减过快,对超压峰值影响微弱,甚至没有影响。同时对有障碍物存在时进行爆炸破坏效应模拟,得到爆炸破坏效应的5个分区,界定了爆炸破坏对人身伤害程度范围。首次提出了城市燃气管道泄漏爆炸事故风险场的概念,并运用风险场理论研究了空间某点多个危险源同时存在时的风险传播问题。     

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     

城区天然气管道泄漏数值模拟与爆炸危害分析

在人口密度为三级和四级的城区内,密集的高建筑物对天然气管道泄漏后的扩散和流场形成产生重要影响。本文以某城市的实际情况为例,建立多建筑物的空间几何模型,采用k-ε湍流方程,SIMPLE算法,模拟了在三种不同风流速度、三种不同压力条件下,城区天然气管道泄漏气体在多建筑物地形中的扩散情况。根据模拟结果,依据天然气的爆炸极限,对模拟结果及其火灾爆炸危害的范围进行了对比分析。结果表明,CH4气体的泄漏扩散同时受管道压力、风流速度和周围建筑物的影响;同时受当地风速的影响,泄漏气柱在风流作用下会发生偏折,造成阻挡风流的建筑物内侧危险气体浓度升高,大大增加建筑物周围环境的危险性。研究结果对城区天然气管道的建设具有一定的指导意义。     

大尺寸坑道气体爆炸试验状态控制数值仿真

真实管廊尺寸或大尺寸气体爆炸试验是研究城市管廊气体泄漏爆炸事故最直接有效的方法,为使该类试验的设计更加科学有效,通过对坑道甲烷气体泄漏爆炸试验进行等尺寸的数值仿真,探究了坑道内甲烷气体泄漏及静置过程中甲烷分布的时空规律,提出了相关参数,以有效地定量表征三维空间内甲烷气体分布的不均匀程度,并研究了坑道内甲烷气体分布的不均匀程度控制方式,以及其对气体爆炸燃爆参数的影响.     

连通容器内预混气体爆炸过程的实验研究

对连通容器内预混气体爆炸过程进行实验研究,具有重要的科研和实用价值.本文通过实验室内自制的实验仪器,详细研究了不同的点火位置、初始压力、初始浓度对连通容器内预混气体爆炸压力的影响.得出了在大容器中点火,会引起更大的爆炸压力.压力上升速率也增大很快;初始浓度对连通容器内预混气体爆炸的影响基本与单个容器中的影响一致.当初始压力增大时,连通容器的爆炸压力也随着一起增大,而且小容器比大容器增加更快.因而,在工业中,最有效的方法是隔爆,在容器和管道接口设置隔离装置,使爆炸不能通过管道传播.     

城市天然气管道泄漏数值模拟

针对城市天然气管道和城市周围环境的特点,进行了城市管道天然气泄漏事故动态数值模拟,得到了天然气泄漏5,10,15,20 s时甲烷浓度分布图和安全区域图,结果显示城市天然气管道泄漏的规律不同于在平坦地势的泄漏规律,模拟结果可以为城市管道设计和事故求援提供指导依据。     

球形连通容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟

为研究连通容器内气体爆炸规律,采用流体力学软件Fluent对球形连通容器内预混气体爆炸过程进行模拟,分析了不同管道长度和传爆方向条件下连通容器内压力和中心轴线上的速度变化。结果表明:随连接管长增加,连通容器内压力峰值更高,连通容器在压力稳定阶段保持的压力更小;较之小容器中心点火、大容器中心点火连通容器内压力迅速上升期及达到压力峰值的时间更迟,连通容器内的压力峰值更高,不同传爆方向时,传爆容器内的压力都先于起爆容器达到一个极值;火焰进入传爆容器后,轴线速度得到极大提高,最大值出现在管道内靠近传爆容器的接合处,可燃气体基本燃烧完时,连通容器轴线速度随连接管长增加下降更慢。     

管道内甲烷-空气预混爆炸燃烧的数值模拟

在实际生产过程中,有很多情况能使气体燃料与空气混合,达到可燃浓度,此时若有点火源存在,就可能酿成燃烧、爆炸灾害,造成严重的财产损失和人员伤亡.选取甲烷作为研究对象,选用空气作为氧化性气体,对其进行数值模拟.获得了不同时刻爆燃的压力场、温度场、密度场的变化数据,为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据.     

高校实验室甲烷泄漏扩散过程的数值模拟

为分析高校实验室甲烷气瓶在泄漏后的危险性,基于计算流体力学(CFD)方法,以某高校实验室楼层为模型,使用Fluent软件模拟甲烷泄漏后的扩散过程,研究甲烷扩散规律,分析风速与通风条件对甲烷扩散的影响,判定甲烷危险爆炸区域.结果表明,甲烷流动受建筑结构影响显著,室内甲烷体积分数呈梯度分布,良好通风环境下的高风速对气体输送作用强,湍动能大,因而能快速降低甲烷体积分数,低风速条件下甲烷滞留在室内时间更久而易增加风险.甲烷气瓶发生泄漏时,爆炸区间主要集中在室内顶板,靠近泄漏点正上方的墙壁死角体积分数最高,并且气云在泄漏点同一侧的空间活动更多,相邻室内的甲烷旋流发生累积.最后针对模拟结果提出防控及应急措施,如危险化学品类气瓶的实验室选址、室内结构及监测装置的考虑等,并根据泄漏特性对撤离时的疏散路线给出建议.     

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。     

加管道球形容器内预混气体爆炸过程的实验研究

开展加管道球形容器内预混气体爆炸实验研究在化工和石化企业中具有重要的科研和实用价值.详细研究了气体燃烧时爆炸波的扩展过程,得出球形容器安装管道后会降低球形容器内的最大爆炸压力,随着爆炸波在管道中传播,爆炸压力会不断升高,且管道末端的压力达到最大.通过实验结果分析,合理指出在连通容器上正确安装泄爆装置的位置.     

高压CO2管道泄漏的瞬态行为数值研究

作为碳捕捉与封存(CCS)技术中重要的一环,高压CO2管道运输过程中极有可能发生破裂事故,导致CO2的大规模泄漏,进而对周围造成一定的危害.针对CO2管道泄漏的瞬态过程准确预测问题,利用用户自定义函数(UDF)和用户自定义真实气体模型(UDRGM),将Span-Wagner状态方程和Lee相变模型嵌入Fluent求解器中,建立了非平衡相变数值模型.并通过与相关试验数据进行对比分析验证了该模型的准确性.在此基础上,进一步分析了小尺度泄漏模型的瞬态行为.结果 表明:泄漏发生后形成的两相流加速膨胀形成马赫盘结构;出口质量流量迅速上升到32.5 kg/s,然后慢慢增加到35 kg/s左右,随后保持稳定;射流区域的温度低于环境温度,在10 ms内的最低温度接近254 K.