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长输天然气管道泄漏扩散的数值模拟

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 08:14:30
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长输天然气管道泄漏扩散的数值模拟【摘要】:随着天然气公用事业的发展以及边远气田的开发,长输天然气管道的里程和规模不断扩大,因此事故的风险也在不断增大。长输天然气管道作为远距离输气的

【摘要】:随着天然气公用事业的发展以及边远气田的开发,长输天然气管道的里程和规模不断扩大,因此事故的风险也在不断增大。长输天然气管道作为远距离输气的最主要的输送方式,承担着连接气田和储气站等设施的重任,具有管径大、压力高、输量大的特点。因此,长输天然气管道一旦发生泄漏事故,不但会影响企业和居民日常生产和生活,造成重大的经济损失,还可能造成爆炸火灾等严重危害人民生命财产的事故。基于上述原因,研究长输天然气管道泄漏扩散的过程对于制定应急抢险方案,减少事故损失具有重要的意义。 本文研究的对象是我国“西气东输”工程主干线,通过建立管道在空气中发生泄漏的三维模型,利用计算流体动力学软件,选用Realizable k-epsilon模型对其在空气中泄漏扩散的过程进行仿真模拟。本文主要选取泄漏孔直径、风速、泄漏初速度、泄漏口形状这四种影响因素进行研究,并分析了它们对泄漏过程影响的强弱程度。 在风速一定的情况下,分别模拟了泄漏孔径为20mm、50mm、80mm、120mm和200mm情况下的泄漏过程。研究表明,随着孔径的增大,喷射速度随高度衰减的趋势逐渐变缓;天然气泄漏形成的射流核的高度和宽度逐渐增大,射流的范围也逐渐增大,其中高度方向的增长要大于周长方向的增长。 在泄漏孔径一定的情况下,分别模拟了2至7级风速下泄漏的过程。研究表明,随着风速的增大,天然气喷射形成的射流与X轴的夹角不断减小;天然气射流发展的高度逐渐下降;天然气射流发展方向逐渐向下风向倾斜。 在相同条件下,对于两种泄漏初速度的影响进行了对比,随着泄漏初速度的增大,射流沿着高度方向发展的程度增大,速度沿高度方向衰减的趋势变缓,各组分在高度方向上的扩散范围增大,而在风速方向上的扩散范围缩小。射流在高度方向上的变化远远大于其在周长方向上的变化。 在风速一定,泄漏口面积相同的情况下,分别对长方形、正方形、三角形和圆形泄漏口的泄漏过程进行了模拟。研究表明,泄漏口形状对于速度沿高度增加而衰减的趋势有较大影响,相同的泄漏口面积下长方形或圆形泄漏口的泄漏范围更广 【关键词】:天然气 管道 泄漏 扩散 模拟
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TE88
【目录】:
  • 致谢5-6
  • 中文摘要6-7
  • ABSTRACT7-12
  • 1 引言12-22
  • 1.1 研究背景12-13
  • 1.2 研究意义13-15
  • 1.3 国内外研究现状15-20
  • 1.3.1 研究的分类15-16
  • 1.3.2 国外研究现状16-18
  • 1.3.3 国内研究现状18
  • 1.3.4 当前研究中存在的问题18-19
  • 1.3.5 未来的发展趋势19-20
  • 1.4 本论文的研究难点20
  • 1.5 本论文的研究内容20-22
  • 2 天然气泄漏扩散理论基础22-34
  • 2.1 射流理论基础22-25
  • 2.1.1 射流的概念和分类22-23
  • 2.1.2 气体射流过程简介23-24
  • 2.1.3 天然气管道泄漏的射流特点24-25
  • 2.2 天然气泄漏扩散模型基本方程概述25-29
  • 2.2.1 连续性方程25-26
  • 2.2.2 动量方程26-27
  • 2.2.3 能量方程27
  • 2.2.4 本构方程27-28
  • 2.2.5 理想气体状态方程28
  • 2.2.6 压缩因子的计算方法28-29
  • 2.3 泄漏源模型及泄漏初速度的计算29-32
  • 2.3.1 一般泄漏速率模型29-30
  • 2.3.2 孔口泄漏模型和管道泄漏模型30-32
  • 2.4 本章小结32-34
  • 3 天然气管道在空气中泄漏扩散的分析34-40
  • 3.1 天然气管道在空气中的泄漏扩散过程34
  • 3.2 天然气管道泄漏扩散的影响因素34-35
  • 3.3 长输天然气管道泄漏的特点35-36
  • 3.4 长输天然气管道泄漏扩散模拟研究方案36-39
  • 3.4.1 工程背景36-37
  • 3.4.2 研究方案37-39
  • 3.5 本章小结39-40
  • 4 长输天然气管道泄漏扩散模型的建立40-54
  • 4.1 三维模型的建立40-41
  • 4.2 网格的划分41-42
  • 4.3 边界条件的选取42-44
  • 4.4 湍流模型的对比44-48
  • 4.4.1 湍流模型的分类44-45
  • 4.4.2 标准κ-ε模型45-46
  • 4.4.3 重组化群κ-ε模型46-47
  • 4.4.4 可实现κ-ε模型47-48
  • 4.4.5 三种κ-ε模型的对比48
  • 4.5 模拟参数的选取48-51
  • 4.6 模型的验证51-52
  • 4.7 本章小结52-54
  • 5 长输天然气管道泄漏扩散的影响因素分析54-78
  • 5.1 孔径对泄漏过程的影响分析54-59
  • 5.1.1 气体喷射速度的比较54-55
  • 5.1.2 硫化氢扩散范围的比较55-57
  • 5.1.3 甲烷扩散范围的比较57-58
  • 5.1.4 孔径的影响58-59
  • 5.2 风速对泄漏过程的影响分析59-64
  • 5.2.1 气体喷射速度的比较59-60
  • 5.2.2 硫化氢扩散范围的比较60-62
  • 5.2.3 甲烷扩散范围的比较62-64
  • 5.2.4 风速的影响64
  • 5.3 泄漏初始速率对泄漏过程的影响分析64-67
  • 5.3.1 气体喷射速度的比较65
  • 5.3.2 硫化氢扩散范围的比较65-66
  • 5.3.3 甲烷扩散范围的比较66-67
  • 5.3.4 泄漏初速度的影响67
  • 5.4 泄漏口形状对泄漏过程的影响分析67-75
  • 5.4.1 气体喷射速度的比较68-69
  • 5.4.2 硫化氢扩散范围的比较69-70
  • 5.4.3 甲烷扩散范围的比较70-71
  • 5.4.4 泄漏口截面速度和组分的比较71-74
  • 5.4.5 泄漏口形状的影响74-75
  • 5.5 各影响因素的对比分析75
  • 5.6 本章小结75-78
  • 6 结论与展望78-80
  • 6.1 结论78-79
  • 6.2 展望79-80
  • 参考文献80-82
  • 作者简历82-86
  • 学位论文数据集86


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