喷淋系统对制冷站氨泄漏事故影响的数值模拟

发布时间：2020-10-28 07:04

　　 氨以其良好的热力学性能及对大气层无任何不良反应等特性，正取代氟利昂而被广泛应用于大型制冷装置中，但是由于氨具有易燃、易爆、有毒等物理性质，发生氨泄漏事故会造成人员生命和财产损失的严重后果，在局部空间内部的液氨泄漏事故，尤其是中毒伤害，比室外氨泄漏事故造成的损失更大。制冷站空间狭小，如发生氨泄漏事故时采取应急措施不当，氨会在短时间内扩散，布满整个站内空间，严重威胁到工作人员和救援人员生命安全。国内外对室外环境液氨储罐泄漏和扩散做了大量研究，包括泄漏事故的理论机理、泄漏状态变化及影响因素等，《冷库设计规范》GB50072-2010中也规定了“压缩机房贮氨器上方宜设置水喷淋系统和选用开式喷嘴”，喷淋系统作为救援装置，氨泄漏事故发生时，其可以迅速降低站内空气中氨气浓度、减缓氨气扩散速度，降低事故严重程度，已经得到大量应用。但是对于喷淋系统并未给出明确的布置要求，如喷嘴布置参数、出水压力及喷嘴间距等，对多家制冷站调研过程中发现，喷嘴布置的确不统一，主要常见为贮氨器侧上方“边墙布置”及正上方“顶板布置”，这类随意布置的情况会严重影响喷淋系统对泄漏氨的吸收，降低救援效果。为确定适用于制冷站的喷淋系统工作压力、喷嘴设置位置及喷嘴间距，本文进行以下方面研究： 1.采用Fluent对制冷站氨泄漏后气体湍流扩散运动进行模拟，分析氨气IDLH（Immediately Dangerous to Life or Health concentration）区域、爆炸危险区域及低温危险区域变化趋势，总结站房内部危险区域分布特性。 2.采用离散相模型及压力-旋流雾化模型对喷淋系统进行模拟，选取颗粒轨道模型跟踪液滴运动，通过改变喷嘴工作压力，监测液滴索太尔平均直径（SMD）大小及液滴下降速度，优化喷嘴雾化效果。 3.喷嘴采用贮氨器侧上方边墙布置，观测制冷站内氨气IDLH区域及爆炸危险区域，分析此种布置方式对氨泄漏事故应急处置的适用性。 4.喷嘴采用贮氨器正上方顶板布置，通过改变喷嘴位置、喷嘴个数及间距，观测制冷站内气体运动规律及氨气浓度分布情况，确定最佳的喷嘴位置及喷嘴间距。 由于氨的毒性，目前开展局部空间的流体试验尚有困难，本文通过仿真手段，得到喷淋系统的布置方案，需要以后进一步进行验证和调整，但是对目前氨泄漏应急救援技术方面，可以提供理论上的参考。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：X928.5
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 历史发展
        1.2.2 气体泄漏扩散研究现状
        1.2.3 喷淋系统研究现状
    1.3 主要研究内容
第2章 数值模拟及数值模型建立
    2.1 计算流体力学 CFD
        2.1.1 CFD 软件基本原理
        2.1.2 CFD 软件结构
        2.1.3 前处理 GAMBIT
        2.1.4 FLUENT
        2.1.5 后处理器 ORIGIN
        2.1.6 CFD 求解流程
    2.2 数学模型建立
        2.2.1 气相流场模型
        2.2.2 离散相模型
        2.2.3 离散相与连续相耦合
        2.2.4 喷嘴雾化模型
        2.2.5 液滴破碎模型
        2.2.6 NH3吸收模型
    2.3 本章小结
第3章 制冷站氨泄漏扩散 FLUENT 模拟
    3.1 计算空间的确定
    3.2 制冷站的数值模拟处理
        3.2.1 模拟模型网格划分
        3.2.2 求解器的选择
        3.2.3 湍流模型的选择
        3.2.4 组分输运模型的选择
        3.2.5 数值计算方法的选择
    3.3 初始条件及边界条件的确定
        3.3.1 液氨泄漏量数值模拟
        3.3.2 泄漏量数值计算结果与理论结果对比
        3.3.3 液氨蒸发量确定
        3.3.4 边界条件确定
    3.4 模拟结果及分析
        3.4.1 氨气扩散中毒区域
        3.4.2 氨气扩散爆炸区域分析
        3.4.3 氨气扩散温度场分析
    3.5 本章小结
第4章 喷淋系统对制冷站流场的影响
    4.1 喷嘴工作压力的确定
    4.2 喷嘴边墙布置流场分布及分析
        4.2.1 喷嘴边墙布置对氨泄漏中毒区域的影响
        4.2.2 喷嘴边墙布置对氨泄漏爆炸区域的影响
    4.3 喷嘴顶板布置对制冷站流场的影响
        4.3.1 喷嘴个数对氨泄漏中毒区域的影响
        4.3.2 喷嘴个数对氨泄漏爆炸区域的影响
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢

【参考文献】

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本文编号：2859764