基于Fluent的天然气管道泄漏传质传热研究

发布时间：2021-10-21 03:54

　　天然气管道泄漏事故时有发生,严重威胁天然气的安全输送。建立了天然气在土壤中流动的传质传热模型,利用计算机仿真软件Fluent对传质传热模型迭代求解。研究表明:天然气在土壤中流动会引起土壤温度场的变化,且温度场具有一定规律。泄漏方向热传导变化梯度较大;泄漏点附近区域温度梯度较大,距离泄漏点较远处温度趋于平稳;接近泄漏点的局部区域受到泄漏气体的显著影响,温度在水平方向和垂直方向上变化都较大,呈现下降趋势;离泄漏点较远区域,水平方向温度变化较小,趋于稳定,垂直方向温度变化较大,随着地层深度的增加温度呈自然下降趋势,泄漏气体对土壤温度的影响很小。此规律可以为天然气泄漏检测提供指导。 

【文章来源】：西安石油大学学报(自然科学版). 2020,35(05)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

埋地管道周围土壤的简化模型

气体在土壤中的传热模型由式(23)、(27)表示,方程含有速度u和压力p等未知量,传热模型中能量方程(23)的求解前提是已知速度和压力。因此,在传质模型求得速度场和压力场的基础上,传热模型得以求解并且得到流域的温度场。求解传热模型需要确定传热模型的边界条件,天然气在土壤中的传热模型的流域边界条件[5,15,23]如图2所示。根据图2,由式(27)可知,天然气与土壤对流换热,对流换热条件为

在数值仿真中,需要将连续的控制方程组在离散后的流域网格上转换成代数方程组。Fluent提供了两种求解器,一种是基于压力的求解器,另一种是基于密度的求解器。两种求解器都是基于有限体积法,将非线性偏微分方程组转变为网格单元的线性代数方程组。选择基于压力的求解器,速度类型为绝对速度,时间选择稳态;气体在泄漏点附近的土壤孔隙中扩散状态属于湍流状态,且在扩散过程中,伴有与土壤的能量交换,属于传质传热耦合。流动模型选择湍流模型中的2方程模型(RNG k-ε湍流模型)和能量方程。在Fluent中设定土壤和气体的具体参数进行数值仿真,具体参数见表2、表3。据调查统计分析[9],陕北各地区的土壤孔隙度在0.4～0.5,仿真取其平均值0.45。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]陕北黄土工程地质研究[D]. 王帅帅.长安大学 2016
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本文编号：3448186