受限空间天然气泄漏扩散和爆炸的数值模拟

【摘要】：天然气是一种清洁的能源,在我国“油气并举”的产业政策支持下,必将在我国的能源结构中占据越来越重要的地位。但是,天然气同时具有易燃、易爆、有毒等危险特性,而城市天然气管道作为输送媒介,是确保天然气安全使用的关键环节。因此,研究天然气意外释放的输运和扩散过程,摸清天然气泄漏扩散的规律,总结天然气泄漏后的爆炸危害后果,对城市安全具有理论和实践的双重意义。 本文在综合国内外研究成果的基础上,首先使用FLUENT软件对受限空间内天然气高速泄漏扩散进行了仿真模拟,对泄漏口附近以及空间内的浓度分布特征进行了研究和理论说明；接着,对通风条件、障碍物和泄漏速度等因素对受限空间浓度场的影响进行了更深一步的研究,发现了不同因素影响下天然气泄漏扩散的规律。其次,利用AUTOREAGAS软件,对天然气爆炸进行了数值模拟,讨论了约束物、障碍物、天然气浓度等因素对受限空间内部天然气爆炸的影响。最后,综合使用FLUENT和AUTOREAGAS软件,对一中压调压站内的天然气泄漏扩散和爆炸进行了数值模拟。模拟表明,综合运用CFD软件对气体爆炸进行数值模拟,不但更符合实际情况,而且对天然气爆炸事故的防控和研究,具有更强的指导意义。 本文主要以受限空间天然气管道泄漏为研究对象,目的在于得到天然气在受限空间内的泄漏扩散规律和爆炸危害后果。本文通过数值模拟的方法,利用CFD软件对天然气扩散和爆炸进行了定量化的研究。通过以上研究,可以为安全评价和管理、事故预警、事故分析等提供重要的依据。 【关键词】：大然气管道 泄漏扩散 爆炸 数值模拟
【学位授予单位】：首都经济贸易大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X932
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 论文的选题背景和研究意义8-11
• 1.1.1 选题背景8-10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 气体泄漏扩散和爆炸的研究现状11-13
• 1.2.1 气体泄漏扩散的研究现状11-12
• 1.2.2 气体爆炸的研究现状12-13
• 1.3 论文研究的目标、内容和研究方法13-14
• 1.3.1 论文研究的主要目标和内容13
• 1.3.2 论文的研究方法13-14
• 1.4 论文研究的关键问题和创新点14-15
• 1.4.1 论文研究的关键问题14
• 1.4.2 论文创新点14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 气体泄漏扩散和爆炸的影响因素16-19
• 2.1 气体泄漏、扩散的影响因素16-17
• 2.1.1 泄漏源16
• 2.1.2 环境条件16-17
• 2.2 气体爆炸的影响因素17-18
• 2.2.1 气体的性质17-18
• 2.2.2 周围环境和火源特性18
• 2.3 本章小结18-19
• 3 气体泄漏扩散、爆炸的模拟方法19-30
• 3.1 气体泄漏、扩散的模拟19-26
• 3.1.1 气体泄漏模型19-22
• 3.1.2 气体扩散模型22-24
• 3.1.3 基于CFD的气体扩散数值模拟24-26
• 3.2 气体爆炸的模拟26-28
• 3.2.1 TNT当量法26-27
• 3.2.2 TNO多能法27-28
• 3.2.3 球形火焰模型28
• 3.2.4 半球模型28
• 3.2.5 基于CFD的气体爆炸数值模拟28
• 3.3 天然气泄漏扩散和爆炸数学模型的选择28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 4 基于CFD的气体扩散和爆炸的数学模型和数值方法30-43
• 4.1 气体扩散的基本控制方程30-31
• 4.2 湍流的基本方程31
• 4.3 湍流数值模拟方法31-35
• 4.3.1 基于Rcynolds平均法的湍流模型32
• 4.3.2 一方程模型32-33
• 4.3.3 κ-ε两方程模型33-35
• 4.3.4 近壁面使用湍流模型的对策35
• 4.4 数值方法35-40
• 4.4.1 常用的离散化方法35-37
• 4.4.2 常用的离散化格式37-38
• 4.4.3 流场计算的SIMPLE算法38-40
• 4.5 气体爆炸的数学模型和数值方法40-42
• 4.5.1 AUTOREAGAS软件介绍40-41
• 4.5.2 AUTOREAGAS的数学模型41-42
• 4.6 本章小结42-43
• 5 天然气泄漏扩散的数值模拟43-65
• 5.1 基于GAMBIT的物理建模和网格划分43-45
• 5.1.1 物理模型的选择和建立43-45
• 5.1.2 模型的网格划分45
• 5.2 天然气泄漏扩散的参数设定45-48
• 5.2.1 天然气泄漏速度的计算45-46
• 5.2.2 FLUENT模型的选抒和参数的设定46-48
• 5.3 天然气泄漏扩散的结果分析48-63
• 5.3.1 受限空间天然气浓度场的分布49-54
• 5.3.2 受限空间天然气扩散影响因素的讨论54-63
• 5.4 预防措施63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 6 天然气爆炸的数值模拟65-75
• 6.1 天然气爆炸的数值模型概述65
• 6.2 受限空间天然气爆炸影响因素的讨论65-74
• 6.2.1 空间约束物对爆炸压力的影响65-67
• 6.2.2 障碍物自身性质对爆炸压力的影响67-71
• 6.2.3 天然气浓度对爆炸压力的影响71-72
• 6.2.4 有、无障碍物对爆炸速度的影响72-74
• 6.3 预防措施74
• 6.4 本章小结74-75
• 7 CFD软件在气体爆炸事故中的综合应用75-82
• 7.1 应用FLUENT对室内扩散进行模拟75-77
• 7.2 应用AUTOREAGAS对室内爆炸进行模拟77-81
• 7.2.1 非均匀浓度场和均匀浓度场模拟结果的对比77-79
• 7.2.2 气体爆炸和冲击波效应的数值模拟79-81
• 7.3 本章小结81-82
• 8 结论与展望82-84
• 8.1 结论82-83
• 8.2 展望83-84
• 9 致谢84-85
• 参考文献85-89
• 在学期间发表的学术论文及研究成果89-90
• 论文摘要90-99

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