城市燃气管道泄漏扩散规律的数值模拟研究

发布时间：2020-07-27 18:08

【摘要】：在天然气开发利用的飞速发展中,城市天然气输送管网越来越复杂。城镇天然气管道往往分布在人口和建筑集中的区域,这使得城镇天然气成为事故最频发、后果最严重的可燃可爆气体之一。掌握天然气泄漏扩散的规律可以对泄漏事故进行准确的预测、评价和控制,从而降低天然气管输事故的发生。基于计算流体力学(CFD)的数值模拟方法凭借周期短、成本低、表现性强、应用范围广等优势被国内外研究学者所接受。并在近年来取得了长足的发展和进步完善,在各大工程领域的研究和设计中发挥越来越重要的作用。本文基于气体泄漏模型、扩散模型,建立天然气泄漏扩散物理模型。运用数值模拟方法,以三大守恒定律、k-ε模型为基础,在CAD软件中建立几何模型,通过GAMBIT软件进行网格划分,结合建立的物理模型和数值模型,基于非稳态泄漏及扩散模型,再结合不同城市燃气泄漏扩散的影响因素条件下,运用ANSYS FLUENT软件模拟城市燃气三维动态泄漏扩散情况并得出了相应结论。本文的天然气泄漏以及扩散的数值模拟研究结果与泄漏、扩散理论相符,从而验证了本文理论分析的正确性,所提出的研究方法为天然气泄漏扩散研究提供了一种分析思路,分析所得到的规律对天然气管道的安全运营和维护有一定的指导意义和参考价值。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU996.7
【图文】：

流体,流体流动,雷诺数Re,层流

东北石油大学硕士研究生学位论文第二章天然气泄漏扩散的理论研究射流理论射流是指流体从狭窄的管口等喷嘴喷出，流入到其他流体之中的一种流体运动，运式比较特殊[40]。它和管道或明槽中流动不同之处在于：管道中流体流动时，周围均壁[41]；明槽中流体流动时，除水面外四周基本上也都为固体，而自由射流则不同四周全为流体。射流的分类射流的分类方式多种，考虑角度不同自然类型也各不相同，总体上分类如图 2.1 所

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则为淹没射流，若不同则为非淹没射流[54]。本论文中天然气为湍流、不可没射流。湍流射流的形成们所看到的射流运动，其中最基础的是它的边界层，随着其边界层和其他用，演变为复杂程度各不相同的射流。射流运动的流体进入周围另一种流体之中，两种流体间会发生能量交换，量或热量等。能量交换的过程中，射流速度较小则形成层流射流边界层，出现切面漩涡，漩涡中的流体运动方向杂乱无章，形成湍流射流边界层，作中出现的情形较为多见[55]。体具有的粘性使得处于静止状态的流体被吸入到射流中，这就叫做射流的吸作用[56-57]。射流图形呈喇叭状，在对称中心线上的能量最大，对称线两加能量越来越小。随着射流的进行，在对称线上的流体由于传递了一部分体，自身的能量在慢慢衰减，因此出现了射流范围越来越宽的现象，这称。射流的力学模型如图 2.2 所示。

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体积法作为其核心算法。该方法首先将求解的区域进行离散，然后运用高等数学中的高斯公式对各微分方程采用区域内积分的方法将其离散，对于离散方程组中存在运动方程的情形，可采用交错网格技术，将压力项和速度项分别储存于不同的空间网格中，再对方程进行离散；最后运用迭代的方法求解离散后的方程组。本文使用模拟软件 ANSYSFLUENT 14.0 对城市天然气泄漏扩散进行模拟。2.4 管道泄漏模型2.4.1 管道泄漏情况分析在输气过程中，燃气管道会遭受多种类型因素的干扰，如第三方施工破坏、管道内外腐蚀等，从而导致管线发生燃气泄漏或管道断裂。其中所占比例最大的就是由于第三方施工破坏引起的管道泄漏，其泄漏口面积通常能达到管道截面积的 80%~100%。其中又以 100%既管道全截面发生断裂时产生的危害最严重，本研究主要考虑当管道发生全截面断裂的情况。管图 2.2 是城市燃气管线泄漏示意图。由于本文模拟的天然气泄漏情形是第三方破坏造成的管道完全开裂泄漏，故泄漏模型只讨论上述的管道泄漏模型。

【参考文献】