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高原开敞空间人工煤气泄漏扩散规律研究

作　者: 唐蕾
导　师: 宁平
学　校: 昆明理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 高原煤气泄漏扩散规律数值模拟
分类号: TU996.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着城市燃气工业的发展,燃气的管道输配成为了城市主要的供热方式。因为管道材料的质量、地基沉降、输配管网上的设备和附件的选择、管道施工、运营管理等等方面因素的影响,容易造成燃气泄漏事故。而且此类事故无时无地不在发生,在大量的安全防范措施和手段的控制下,突发性煤气泄漏事故仍然不能停止发生。可燃气体泄漏扩散到大气中后,与空气混合形成可燃混合气体,遇火源可能会引起火灾和爆炸；即使不发生火灾和爆炸,泄漏的可燃气体会一定程度滞留在大气中,甚至较高浓度的滞留在人居密集地段和建筑物内,给环境和人生安全造成巨大威胁。所以可燃气体泄漏不仅会导致能源的耗散,也会导致火灾、爆炸、中毒等恶性公共事件,给人的生命财产造成巨大损失。同时,研究可燃气体的泄漏扩散规律,并能较好的掌握它,那么对减少损失、控制危险区域、组织应急预案实施都有重要意义。国内外对重气泄漏扩散研究较多,对中性气体泄漏扩散研究较少,尤其是高原地理条件下的中性气体研究较缺乏,从有关文献中几乎很少查到此方面的数据。本文基于流体力学、热力学、爆炸力学、计算数学和计算机技术,以高原城市昆明为实测地,用人工煤气做气源,对中性可燃气体泄漏扩散进行了方法研究和规律分析。首先,分析了国内外在气体扩散和爆炸方面的研究现状,对可燃气体管道泄漏的量、紊动射流理论和爆炸发生机理进行分析,建立气体流动基本控制方程；其次,根据流体力学和热力学基本理论建立可燃气体泄漏后在大气中的扩散模型；根据计算选取典型的数据建立十种工况的物理模型；最后,基于上述模型采用CFD方法用FLUENT 6.3软件对高原人工煤气泄漏扩散进行了十种工况的三维计算机计算模拟,得出了风速、泄漏速率、泄漏源位置、障碍物变化等因素对燃气泄漏扩散的影响规律及相关结论。本文的扩散理论研究结论和相关风洞实验数据相符,从而验证了本文理论分析的正确性,所提出的研究方法为相关研究方向提供了一种研究思路,研究所得到的结论可为安全评价、环境评价、应急预案等方面的研究提供参考依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-20
  1.1 人工煤气的种类和性质  9-11
  1.2 研究背景及意义  11-14
    1.2.1 燃气泄漏的危害及事故原因  11-14
    1.2.2 研究意义  14
  1.3 国内外研究现状  14-19
    1.3.1 研究方法  14-18
    1.3.2 CFD数值模拟现状  18-19
  1.4 本文的主要工作  19-20
第二章可燃气体泄漏扩散理论基础  20-28
  2.1 可燃气体扩散过程概述  20
  2.2 紊动射流理论  20-25
    2.2.1 层流自由射流  20-22
    2.2.2 紊流自由射流  22-23
    2.2.3 单股射流与主气流相交  23-25
  2.3 燃气泄露量  25-26
  2.4 燃气泄漏扩散的影响因素  26-27
    2.4.1 风速的影响  26
    2.4.2 燃气密度的影响  26
    2.4.3 泄漏速率的影响  26-27
    2.4.4 障碍物的影响  27
    2.4.5 泄漏源位置的影响  27
  2.5 本章小结  27-28
第三章燃气的泄漏扩散模拟研究  28-41
  3.1 物理模拟  28-29
  3.2 数学模拟  29-33
    3.2.1 高斯模型  29
    3.2.2 Sutton模型  29-30
    3.2.3 唯像模型  30
    3.2.4 箱及相似模型  30-32
    3.2.5 浅层模型  32-33
  3.3 CFD数值模拟  33-39
    3.3.1 涡粘性系数模型  35-37
    3.3.2 雷诺应力模型  37-39
  3.4 本章小结  39-41
第四章开敞空间人工煤气泄漏扩散数值计算  41-60
  4.1 流体力学数值模拟基础  41-44
    4.1.1 数值模拟的方法  41-42
    4.1.2 基于FVM的流体力学方程离散方法  42-43
    4.1.3 FVM的求解方法  43-44
  4.2 FLUENT软件介绍  44-45
  4.3 FLUENT的数值计算  45-58
    4.3.1 建立气体流动基本方程组  45-48
    4.3.2 模拟的相关物理参数  48-49
    4.3.3 气体物理化学性质计算  49-55
    4.3.4 物理模型的建立  55-56
    4.3.5 用GAMBIT建立模型并划分网格  56
    4.3.6 确定边界条件  56-57
    4.3.7 进行计算  57-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章计算结果及分析  60-95
  5.1 扩散状态模拟结果及影响因素分析  60-94
    5.1.1 风速的影响  60-73
    5.1.2 泄漏速度的影响  73-84
    5.1.3 泄漏源位置的影响  84-90
    5.1.4 障碍物的影响  90-94
  5.2 本章小结  94-95
第六章结论  95-97
参考文献  97-103
附录在读硕士学位期间发表的论文  103

高原开敞空间人工煤气泄漏扩散规律研究

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