壓力對管道天然氣泄漏擴(kuò)散影響的數(shù)值模擬

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1、四川化工第12卷2009年第6期工藝與設(shè)備21ttttttl7壓力對管道天然氣泄漏擴(kuò)散影響的數(shù)值模擬王樹乾邱榮先。鐘月華肖澤儀(1．四川大學(xué)4453-學(xué)院，成都，610065；2．四川省特種設(shè)備檢驗研究院，成都，610061)‘摘要利用Fluent軟件的物質(zhì)傳輸模型和湍流模型模擬了不同壓力下天然氣管道的泄漏擴(kuò)散。通過對比分析模擬結(jié)果，得到了不同泄漏壓力對天然氣擴(kuò)散的影響效果。模擬結(jié)果可為天然氣泄漏事故的處理提供一定參考。關(guān)鍵詞：天然氣管道泄漏和擴(kuò)散數(shù)值模擬隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各地區(qū)對能源的需為應(yīng)急預(yù)案編制，事故處理提供參考。求和依賴性越來越強(qiáng)，油氣的消費量越來越大。

2、由1理論模型于油氣資源分布不均的實際情況，需要借助管道將油氣資源自產(chǎn)地輸送到各地。若輸氣管道發(fā)生破Fluent軟件針對所研究的空間進(jìn)行網(wǎng)格劃分，裂，燃?xì)庑孤斐森h(huán)境污染，還有可能產(chǎn)生火災(zāi)、通過求解流體動力學(xué)控制方程以及一些附加方程爆炸、中毒等事故，引起人員傷亡、財產(chǎn)損失等嚴(yán)重(如湍流輸運方程)，獲取研究空間內(nèi)速度、壓力、溫后果。因此，了解管道燃?xì)庑孤┑臄U(kuò)散規(guī)律與影響度、濃度等參數(shù)信息。針對天然氣管道的泄漏，本文范圍，對于確定安全距離，編制應(yīng)急措施，事故處理采用不發(fā)生反應(yīng)的組分輸運模型，湍流模型計算有等有重要作用。風(fēng)條件下不同泄漏壓力對天然氣擴(kuò)散的影響。控制氣體擴(kuò)散的模

3、型主要有經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀⑾淠Ｐ?、相似方程如下：模型和計算流體力學(xué)模型等。而經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃拖涫侥＿B續(xù)性方程：型適用于平坦地形，計算流體力學(xué)模型則從原理上+·()：o(1)能夠模擬復(fù)雜地表對于流動的影響，并克服了箱及動量方程：相似模型辨識和模擬空氣卷吸、氣云受熱時遇到的[／]一一一[]冉(2)問題_1]。Fluent是計算流體力學(xué)模型軟件，已廣能量方程：泛應(yīng)用與污染物擴(kuò)散研究，且模擬結(jié)果和風(fēng)洞實驗觀測結(jié)果吻合[3]。利用Fluent軟件，劉延雷等捌+()一div(篆丁)+ST(3)對高壓管道氫氣與天然氣的泄漏進(jìn)行了數(shù)值模擬比組分方程：較，并研究了障礙物對擴(kuò)散的影響。于洪喜[。等對+(

4、)一di(DV(pc,))+(4)高含硫天然氣管道泄漏擴(kuò)散進(jìn)行了研究。管道輸送壓力的不同對于燃?xì)獾男孤U(kuò)散同樣其中『；分別為微元體表面的粘性應(yīng)力矢量具有很大的影響，目前還沒有對這一問題的研究。和徹體力矢量為速度矢量；P為壓力；T為溫度；本文采用F1uent軟件，針對有風(fēng)條件下，不同管道ID為密度；乜為流體傳熱系數(shù)；為比熱容；ST為粘壓力對天然氣泄漏擴(kuò)散的影響進(jìn)行了模擬對比，可性耗散項；Cs為組分S的體積濃度；D。為該組分的擴(kuò)第6期壓力對管道天然氣泄漏擴(kuò)散影響的數(shù)值模擬35散系數(shù)；Ss為組分質(zhì)量生成率。泄漏口設(shè)為壓力人口邊界，其他邊界設(shè)為壓力出流由于天然氣管道輸氣壓力遠(yuǎn)大

5、于環(huán)境壓力，破邊界。裂后泄漏El處有較大壓力梯度，形成很大的泄漏速模擬時，先得到一個高度方向存在風(fēng)速梯度的度，多為射流。而Realizablek_￡湍流模型在求解射穩(wěn)定的風(fēng)速場，再打開組分輸運模型，通過改變泄漏流以及高壓力梯度下的邊界層問題有十分高的精壓力，得到恒定風(fēng)速5m／s條件下，不同壓力對甲烷度。因此湍流模型選用Realizablek_￡模型。該模泄漏擴(kuò)散的影響。型中，k，e的傳輸方程為：3模擬結(jié)果與分析湍動能k方程：甲烷的燃燒極限范圍為5～15(體積分+()一[(+]+P—數(shù))，導(dǎo)致中毒窒息的體積分?jǐn)?shù)為lO9／6，故選擇體積(5)分?jǐn)?shù)0．05為濃度研究的臨界點，

6、換算成摩爾分?jǐn)?shù)為湍流耗散率￡方程0．05。aqz)+V()泄漏初始時刻，管內(nèi)壓力遠(yuǎn)大于環(huán)境壓力，形成。。射流。風(fēng)速對泄漏口附近射流的影響很小，隨高度一『’(+)￡]+(CEP—z)(6)的上升，射流效果減弱，風(fēng)速影響加強(qiáng)，甲烷向下風(fēng)向偏移。由于射流自模性的影響，導(dǎo)致地面附近的其中，，分別表示湍動能k和湍流耗散率￡空氣向泄漏口附近流動，然后跟隨甲烷的泄漏向上對應(yīng)的Prandtl數(shù)；Pk表示粘性和浮力的影響；C￡，運動，同時在下風(fēng)向會出現(xiàn)渦。渦的出現(xiàn)導(dǎo)致空氣z均為經(jīng)驗常數(shù)。在Fluent中均取默認(rèn)值。對甲烷的卷吸，下風(fēng)向出現(xiàn)甲烷的積累，形成甲烷空2模擬參數(shù)及方法氣的混合氣云

7、。圖1分別顯示了泄漏20s時，0．5MPa，lMPa，3．5Mpa泄漏壓力下，下風(fēng)向甲烷2．1模擬場景濃度的分布情況。結(jié)合20s時的速度矢量分布分模擬場景的選擇為：平坦地勢(沙漠，平原等)，析，泄漏壓力越大，下風(fēng)向的湍流越劇烈，與空氣混環(huán)境溫度為300K，壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。為清楚地了合擴(kuò)散較快。壓力較小時下風(fēng)向湍流稍緩和些，但解風(fēng)速的影響，采用10米高空風(fēng)速為5m／s。天然更靠近地面，擴(kuò)散較慢，易發(fā)生燃燒、中毒事故。氣長輸管道出現(xiàn)當(dāng)量直徑為0．4m的圓孔破裂，發(fā)生大孔泄漏。天然氣的輸送壓力分別為0．5MPa，1MPa，3．5MPa，輸送溫