湿度梯度作用下天然气泄漏扩散浓度场研究

【摘要】：我国城市燃气事业飞速发展,一方面拉动了经济的快速增长,提高了居民的生活质量,减少了环境污染；另一方面越来越多的燃气事故的发生也给居民的生命财产带来巨大的损失,这也成为燃气行业最为关切的焦点和重点。 泄漏扩散的影响因素较多,基础理论及推导过程较为复杂。影响燃气泄漏扩散的气象因素主要包括：温度、湿度、风速等。由于燃气的使用时间较短,其相关研究起步也较晚,国内外直接针对燃气泄漏扩散影响因素的研究成果少有报道。 文章对天然气管道及泄漏过程进行合理的假设和简化分析,以三维湍流模型为基础,采用CFD流体力学软件Fluent对建筑物群外空间天然气连续泄漏源的扩散进行了数值模拟,对比分析了环境温度、湿度对天然气扩散的影响及浓度场的变化规律。结果表明随着环境温度的增加,在垂直和水平方向上,天然气扩散的速率增加,天然气在水平和垂直面的扩散区域面积逐渐增加。随着环境相对湿度的增加,天然气在竖直方向扩散速率逐渐减缓,但天然气在水平方向扩散速率逐渐加快,故此也有在垂直面上扩散面积有所降低,而在水平面的影响面积逐渐增加。 大多数研究都集中在风速、障碍物和温度对于污染物的扩散影响,往往忽略了大气湿度变化对于扩散的影响；而实际的观测结果能够体现大气湿度变化对于气体污染物和颗粒污染物扩散的具体影响,却没有理论模型的支持。为了分析湿度对于天然气扩散的影响,文章从宏观角度分析温度梯度、浓度梯度,湿度梯度中的自然对流机理,有梯度的物理场将引起物质流,必然引起组分气体扩散。再从菲克定律入手,引入三大方程和理想气体状态方程,在没有温度梯度的作用下将作用力分为浓度梯度引起的浓度梯度力和由密度差引起的浮升力,推导浓度梯度对扩散作用的理论依据,将理论公式拆分成几部分,详细分析浓度梯度力(压力梯度作用)项对天然气扩散的影响的内在机理；结合物理知识,推出了在不同相对湿度的情况下,污染气体的密度浮升力。 最后简化模拟,只突出湿度因素,通过Fluent,模拟天然气在不同水蒸气含量的空气中的扩散。对模拟结果进行横向分析,验证理论分析的正确性。 本文的结构是一个提出问题,理论解决问题,模拟验证结论的一个过程,从基本的菲克定律出发,主要分析了湿度因素对燃气泄漏扩散的作用,分析得到的规律为天然气在复杂气象条件下泄漏扩散提供理论依据和参考。 【关键词】：天然气 扩散 湿度 梯度
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU996
【目录】：

• 摘要6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言(研究背景)10-11
• 1.2 空气流动和污染物扩散的研究方法11-12
• 1.2.1 现场监测方法11
• 1.2.2 风洞模拟试验法11
• 1.2.3 理论分析和数值模拟方法11-12
• 1.3 研究现状12-14
• 1.4 本文研究内容和研究方法14-16
• 第二章 燃气泄漏扩散数值模拟基础与方法16-27
• 2.1 FLUENT软件简介16
• 2.2 基本控制方程16-18
• 2.3 湍流模型18-20
• 2.3.1 零方程模型18
• 2.3.2 一方程模型—k方程模型18-19
• 2.3.3 两方程模型—k-ε方程模型19-20
• 2.4 数值方法20-27
• 2.4.1 控制方程的离散20-23
• 2.4.2 空间离散23-24
• 2.4.3 SIMPLE算法的实现24-27
• 第三章 建筑群外空间天然气泄漏扩散浓度场模拟27-36
• 3.1 FLUENT数值模拟27-28
• 3.1.1 基本假设27
• 3.1.2 物理模型与网格划分27-28
• 3.1.3 求解器与边界条件的设置28
• 3.2 模拟计算结果及分析28-35
• 3.2.1 天然气泄漏随时间的扩散规律28-30
• 3.2.2 天然气泄漏随温度变化的扩散规律30-32
• 3.2.3 相对湿度对天然气泄漏扩散的影响32-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 湿度对天然气扩散的影响理论分析36-48
• 4.1 气体扩散基础理论分析36-37
• 4.2 多物理场中自然对流机理概述37-39
• 4.3 浓度梯度39-42
• 4.3.1 理想气体39-40
• 4.3.2 理想气体状态方程40
• 4.3.3 菲克定律40-42
• 4.4 密度浮升力42-46
• 4.4.1 湿空气42
• 4.4.2 绝对湿度与相对湿度42-43
• 4.4.3 湿空气的分子量与气体常数43-44
• 4.4.4 密度差44-46
• 4.5 量纲分析46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 空气湿度对天然气扩散影响数值模拟验证48-62
• 5.1 模型介绍48-49
• 5.2 模拟过程49-51
• 5.3 结果分析51-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士期间发表的论文及参加科研情况的说明68

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

城镇燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟    程浩力;刘德俊;

管廊内燃气泄漏扩散的模型试验与数值仿真    方自虎;蔺宏;黄鹄;郑汉忠;

对干湿空气密度计算方法的认识    赵书海

燃气管道非稳态泄漏及扩散的模拟    张甫仁;徐湃;

可燃及毒性气体扩散研究    丁信伟,王淑兰,徐国庆

建筑空间湿度分布特性对交叉扩散水平的影响    王军;张旭;

北京市大气污染特点及变化趋势监测分析    常桂秋,潘小川

室内空气对流的特征与数值模拟    闵剑青;

湿度变化对气体污染物扩散影响的研究    梅宁;尹凤;陆虹涛;

可燃气体室内泄漏扩散的研究    于畅;田贯三;

考虑交叉耦合扩散效应时多物理场自然对流传热传质研究    耿文广

地下建筑热工环境的数值分析研究    赵敬源;邱永亮;

厚板坯连铸结晶器流场数值模拟    郭大勇;关勇;贾洪明;张晓光;齐兵;

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十三讲 连铸结晶器中钢液流动的研究    张富强,王久彬

有毒气体大气扩散特点·数学模型及其伤害浓度作用时间分析    马树超;潘峰;袁九毅;仝纪龙;

危险化学品泄漏的大气扩散数值模拟    刘佳亮;司鹄;

布里兹曼法碲镉汞（Hg_（1－x）Cd_xTe）晶体生长过程热场的数值分析    王培林，魏科，周士仁

聚丙烯腈干燥性能研究    杨爱英,陈振新,王诗凝,刘久荣

不可压缩流体三维流动的数值计算    王书义;

基于GIS的化工毒气危险区域分析    伍宗卿;

受限空间内新型抑爆装置爆炸抛撒水雾形成过程的研究    丁珏;陆中兵;翁培奋;

三种侧送风方式下室内气流组织的数值模拟与分析    高峰;李玉海;

地热井内U型管换热器的模型研究    窦成良;肖勇全;

Atmospheric Dispersion Model based on GIS and Gauss Algorithm    

水力旋流器在废油基钻井液的处理与回收中的应用    付星星;魏伟胜;徐建;

蒸发冷却与机械制冷复合高温冷水机组分析    白延斌;黄翔;孙铁柱;文力;

高压气体泄漏喷射和扩散的数值模拟    李伟;张奇;

沉降式离心机特性分析及工艺条件选择    梁琼彪;王树生;王镇;

MgAPO-5光催化降解橙黄Ⅱ的初步研究    陈岚岚;颜桂炀;叶金花;张建汉;

板式塔工艺处理工业窑炉废气    王青海;王小玉;汪斌;

基于组合GIS的化工企业泄漏事故应急救援系统的研究    张龙;李定邦;

受限空间煤尘爆炸传播及伤害模型研究    杨书召

有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析    王革

近地/海运动过程中的空气动力学分析    顾璇

甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究    高晓阳

重载组合列车牵引及制动系统的试验与仿真研究    张波

1100kV GIS中SF6断路器关键技术研究    韩书谟

入口高浓度条件下的旋风分离器对比研究    吴学智

大型轴流管壳式换热器中的深度换热    蒋夫花

压力容器蒸汽爆炸临界条件分析及后果仿真    王庆慧

离心铸造SiC颗粒局部增强铝基复合材料活塞的组织性能研究    邹茂华

局部通风掘进工作面换热系数计算方法研究    张艳利

矿井冰制冷降温系统能效测试与诊断    亓玉栋

喷水推进泵流场数值模拟分析    舒春英

油井中磨料射流割缝固液两相流场的数值模拟    路畅

煤粉干燥管内气固两相流动的数值模拟与实验研究    于连丽

乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究    国洪超

铝合金异形件压铸成形工艺的数值模拟分析    吴菲

博物馆环境中SO_2和NO_2气体被动采样及检测方法的研究    刘菊

萃取与溶剂回收联合装置的开发研究    周捷

基于BFA和OFA结合的低NO_X煤粉燃烧技术的试验研究与数值模拟    陈孙航

可爆性气体泄漏扩散时均湍流场的数值模拟    孟志鹏,王淑兰,丁信伟

利用地下空间建设“花园城市”    钱七虎,陈晓强

埋地管道周围土壤水热耦合温度场的数值模拟    马贵阳;刘晓国;郑平;

区域定量风险评价方法及其在城市重大危险源安全规划中的应用    吴宗之;多英全;魏利军;关磊;

制冷系统可燃工质泄漏喷射过程的模拟研究    田贯三,杨昭,马一太,姜学慧

多孔介质传热传质中耦合扩散效应的研究    陈宝明,王补宣,张立强,耿文广

正交梯度下双扩散对流的数值模拟    石科峰,卢文强

燃气连续性泄漏扩散规律的研究    吴晋湘;牛坤;闫运忠;

障碍物附近可燃性气体泄漏扩散的三维数值模拟    孟志鹏;王淑兰;丁信伟;

大气扩散高斯模式的灵敏度系统分析    洪伟,古国榜,杨立君

室内空气对流的特征与模拟    邓启红

城市燃气管道系统风险评价研究    黄小美

山地复杂地形的大气污染预测模型研究    张军

高压输气管道泄漏模型研究及后果影响区域分析    王兆芹

建筑空间湿度分布特性对交叉扩散水平的影响    王军;张旭;

新鲜果蔬的换气保鲜    苏履端

速冻试样的温差真空干燥装置研制成功    吴义祥

混凝土内部相对湿度测试方法    董淑慧;葛勇;张宝生;袁杰;

    

湿度梯度作用下天然气泄漏扩散浓度场研究    杨佳玲