风力因素对天然气管道泄漏扩散影响的数值模拟

利用仿真模拟软件, 对架空天然气管道泄漏扩散进行数值模拟, 对比分析了泄漏方向及风速对泄漏扩散过程的影响。结果表明, 地面附近下风向危险范围大, 上风向相对安全, 地势较高处相对安全; 向上喷射时近地面天然气危险范围较小, 迎风喷射和向下喷射时危险范围较大; 迎风喷射时风速对危险范围的影响小于向下喷射时 风速对危险范围的影响, 在静风及低风速下天然气泄漏扩散范围较大。研究结果可为架空天然气管道泄漏的应急疏散、 救援提供理论依据和参考。     

燃气管道的动态泄漏研究

城市燃气管道在分段阀门关闭之后的泄漏是一个复杂的动态泄漏过程,在泄漏过程中燃气的流动状态和燃气的参数均随时间发生变化。结合管道泄漏扩散模型,计算了泄漏口处的流量、泄漏中心点压力等参数,并利用Origin数学分析软件分析了参数随时间的变化情况。研究结果表明,亚临界流泄漏阶段所持续的时间是临界流泄漏阶段持续时间的2倍以上,临界流和亚临界流两个阶段的压力下降速率相差较大;管内压力越大,临界流泄漏阶段和亚临界流泄漏阶段泄漏口流量下降速率相差越大;虽然临界流泄漏阶段泄漏时间较短,但在此阶段泄漏率较高,存在较大的危害性;通过拟合得出了泄漏口处的流量、泄漏点中心压力随时间的变化规律。研究结果可为城市燃气管道泄漏事故的预防及应急救援提供数据参考。     

含硫天然气泄漏扩散的三维数值模拟

研究燃气管道的泄漏,目的在于定性和定量地分析评价泄漏可能带来的危害。基于FLUENT软件,用GAMBIT建立三维泄漏模型,对含硫天然气管道泄漏及扩散进行了三维数值模拟。结果表明：硫化氢的存在增加燃气管道的泄漏危险区域;在自由扩散状态下,泄漏气体主要集中在泄漏口上部,且危险区域较小;当存在环境风时,泄漏危险区域向下风向下移,形成气体聚集区域,而上风向气体较少。可见,硫化氢和环境风的存在,使含硫天然气泄漏扩散的危险范围增大。     

超高压天然气管网在人口密集区域安全技术研究

针对35MPa超高压输气管道在人口密集区域泄漏扩散问题,采用FLUENT软件,对不同气候条件下的埋深天然气管道泄漏情况进行了三维数值模拟,并给出了超高压天然气在不同风速条件下泄漏后H2S和CH4轴向和地表安全区域。在扩散过程中,天然气在浮力的作用下以向上扩散的形式发展,在不同的环境下风速和压力对扩散过程的影响不同,较大的风速和压力使天然气向更远的距离扩散,从而增大天然气爆炸下限和警戒浓度范围。研究结果可为泄漏现场人员和安全管理提供有效依据。     

埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对天然气管道不同损伤过程中的泄漏扩散问题,利用FLUENT软件,建立CFD仿真模型,研究了泄漏口大小对天然气泄漏扩散范围的影响。以山区与城镇交界处的天然气埋地管道为例,考虑风速随高度的变化和关闭阀门后泄漏率随时间的变化,对天然气泄漏扩散进行数值模拟,编写导入FLUENT的UDF程序并对风速和泄漏率进行了修正。实例计算结果表明,扩散范围随着泄漏口的增大而变大,在泄漏口直径为6.35、25.40mm和101.60mm时,天然气爆炸下限距地面高度分别可达92、122m和408m,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离分别可达322、770m和1 291m;由于天然气受管道上层土壤的影响而损失大量湍能,因此泄漏气体在地表和土壤中扩散时,泄漏气体在地表的扩散范围大于在土壤中的扩散范围,其中泄漏口直径为101.60mm时扩散范围最大,天然气爆炸下限下风向距泄漏口的水平距离在地表和土壤中最大分别可达80m和105m。     

天然气管道动态泄漏率的数值研究

天然气泄漏率是影响管道安全评价的重要因素之一,能够为安全评价提供数值依据.根据天然气管道动态泄漏率计算模型,利用Matlab软件分别计算了不同工况下临界泄漏阶段和亚临界泄漏阶段的泄漏率,从而获得了动态泄漏率的变化规律和不同因素对动态泄漏率的影响.结果表明:泄漏率在临界泄漏阶段变化率较大,在亚临界泄漏阶段变化率较小,临界泄漏阶段所用的时间远远长于亚临界泄漏阶段.影响动态泄漏率的因素有泄漏孔径、初始管内剩余气体质量、初始压力等.在其他条件相同时,泄漏孔径大的管道初始泄漏率和泄漏率的变化都大,泄漏所用时间短.不同初始管内剩余气体质量对初始泄漏率没影响,但剩余质量大的管道泄漏率变化小,泄漏持续时间长;初始压力大的管道初始泄漏率也大,泄漏所用的时间长.     

高压掺氢天然气管道泄漏扩散与失效后果的数值模拟研究

针对高压管道在失效泄漏后产生的欠膨胀射流问题,利用Birch理论模型用伪源代替实际管道的泄漏孔。在不同掺氢比（HBR）、泄漏孔直径、管道运行压力的条件下,研究了掺氢天然气（HDNG）管道泄漏扩散后果区体积分数分布情况、爆炸危险边界、爆炸危险范围的变化规律。结果表明,随着HBR的增加,减少了泄漏扩散后HDNG的聚集,爆炸危险范围逐渐减小,远端危险性降低;随着HBR的增加,爆炸危险边界高度降低,近端危险性增大;随着泄漏孔直径与管道运行压力的增加,泄漏扩散后HDNG的影响区域扩大,爆炸危险边界高度上升,爆炸危险范围逐渐增大,远端危险性增大。     

基于ALOHA和多元回归预测的地面天然气管道泄漏扩散模型研究

为提高地面天然气管道泄漏扩散范围预测的精度,基于事故后果模拟分析和多元回归预测方法建立地面天然气泄漏扩散范围预测模型,以北京市某地面天然气管道泄漏事故为研究对象,结果表明:通过事故后果模拟分析得出,风速、大气稳定度、管道压力和泄漏口直径为扩散范围的关键影响因素,即为预测模型的自变量因素;通过多元回归预测和MATLAB软件建立的地面天然气管道泄漏扩散范围预测模型,其最大误差为5.48%。本文所建预测模型对天然气泄漏扩散范围的预测有一定的实际应用价值,可为地面天然气管道泄漏事故应急救援工作提供指导。     

架空天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对天然气管道穿孔泄漏扩散问题,结合有限容积法,建立了天然气管道不同泄漏位置的CFD仿真模型,分别对天然气管道上部、下部、迎风侧及背风侧等4种工况的泄漏扩散进行了数值模拟。研究结果表明,下部泄漏比上部泄漏气体更贴近地面且不易扩散,且横向危险范围也比上部泄漏大30～70m;迎风侧泄漏与背风侧泄漏情况相似,但迎风侧泄漏危险区域的纵剖面面积更大,更危险。应用数值方法模拟管道穿孔扩散问题,给出了不同工况下的泄漏范围,为天然气管道泄漏的安全输送及安全抢修提供了理论依据。     

天然气扩散的CFD模拟研究

为研究障碍物对天然气泄漏扩散规律的影响,在下风向设置障碍物,采用流体力学软件FLUENT对管道天然气泄漏扩散过程进行模拟,结果表明:无障碍时,泄漏时间影响扩散高度和扩散面积,有障碍物会阻挡天然气扩散,使原本沿下风向倾斜的天然气往高空扩散.障碍物背风面的天然气浓度显著降低,而在迎风面的浓度不断增加.障碍物宽度对天然气扩散影响不大,泄漏口与障碍物之间的距离对天然气堆聚范围、浓度以及扩散高度有重要影响.天然气爆炸区域主要分布在高空,中毒窒息区域主要分布在障碍物迎风面,一定条件下中毒窒息区域可转变为爆炸区域.该天然气扩散的数值模拟结果可为燃气抢险和安全救援提供有效理论依据.     

建筑物条件下埋地天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对城镇埋地天然气管道泄漏扩散过程, 考虑多建筑物条件下不同组分、 不同浓度的气体扩散规律, 利用计算流体力学( CFD) 软件建立埋地管道泄漏扩散过程的三维物理模型, 将环境风场和泄漏速率以用户自定义函数形式引入边界条件中, 将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和泄漏扩散的瞬态模拟两步, 又将泄漏扩散过程分为持续泄漏扩散和管道阀门关闭后的泄漏扩散两个阶段, 分析天然气的泄漏扩散规律。结果表明, 环境风场的稳态模拟是十分必要的, 建筑物附近流场存在三个低速区, 建筑物边缘存在较大的速度梯度; 天然气的持续泄漏扩散阶段呈现土壤层局限扩散、 上游低速区积聚、 气云浮升、H₂S的沉积扩散等特征, 在阀门关闭后的阶段呈现气体扩散延续性、 气云由上而下消散等特点; 在本文工况条件下, H₂S比CH₄的扩散范围大, 消散时间晚, 危险性更大。     

高原城市中压天然气管道泄漏扩散的数值模拟

针对高原城市中压天然气管道泄漏情况,研究了多层、高层建筑物和风速对天然气管道泄漏和扩散的影响,利用CFD模拟计算软件分别对高原气压下中压A、中压B天然气管道的泄漏扩散进行数值模拟,并得到了泄漏后CH4的体积分数分布和危险区域。研究结果表明:高原城市中压A天然气管道泄漏孔处的质量流量与平原地区一致,不受气压影响,高原城市中压B天然气管道泄漏的危险区域随时间的增加保持不变或变小。     

管输天然气输配波动问题与影响因素研究

针对高压管输天然气在阀门启闭瞬间产生的水力波动、不稳定流动等现象,以湖北某天然气门站为例,在已知天然气管网等相关设备参数的基础上,探究考证此现象对天然气管网安全的影响。一方面,通过力学方程对产生水力波动的天然气控制体进行受力分析,推导求解出最大的水力扰动压强约为0. 093 MPa;另一方面,利用模拟软件RealPipe-Gas对水力波动过程进行仿真模拟,确定扰动压强大致为0. 06～0. 09 MPa。采用控制变量法,模拟不同变量工况下流量、管网压力、管径对波动大小的影响,分析水力波动对系统造成的影响,并给出了减轻波动的相应措施。     

浅海天然气管道泄漏扩散过程模拟研究

为评价浅海海底天然气管道泄漏事故后果,根据计算流体力学与多相流动理论,针对国外某天然气管道海峡穿越段,建立浅海海底管道泄漏扩散过程的计算模型。将泄漏孔径、泄漏速率、水流速度3个主要影响因素作为条件变量,模拟不同情况下的气液两相运动过程。结果表明,水下气体扩散分为三个阶段,即泄漏口上方形成气团、气团呈蘑菇状上升、气团由大气泡分裂为小气泡;泄漏孔径和泄漏速率对水下气体扩散到水面的时间具有显著影响,泄漏孔径与泄漏速率越大,气体泄漏量越大;气体泄漏量越大,水下气团体积越大,到达水面的时间越短;水流速度显著影响气体的扩散轨迹,水流速度越大,气体运动轨迹与海底的夹角越小,沿海流方向扩散的距离越远。研究结果可为水下天然气管道泄漏事故应急处理提供一定的科学指导。     

城市埋地天然气泄漏三维数值模拟

随着我国天然气事业的发展,天然气管道规模也在不断扩大,与此同时也带来了安全上的隐患,城市天然气管道泄漏事故频繁发生,严重影响了城市居民的生命及财产安全。主要介绍了城市天然气管道泄漏数值仿真和数值模拟的基本理论,考虑泄漏过程中风场对泄漏的影响,分析了近地面处风场的变化,建立了埋地天然气管道泄漏模型。设定泄漏扩散发生在大气环境,选取CFD软件对网格进行划分并进行局部加密,进行了风场的稳态模拟。在风场达到稳态后,改变后处理边界条件,再对泄漏进行瞬态模拟,得出天然气泄漏扩散随时间的变化规律,定量分析了风速对泄漏扩散的影响。结果表明,建筑物对风场存在干扰,在泄漏过程中气体聚集在近地面及贴近建筑物周围,随着风速的增加,稳态扩散高度降低,但风场对水平扩散的影响较小,风速越大泄漏气体稀释效果越明显,所造成的危险区域越小。     

基于FLUENT的架空天然气管道泄漏数值模拟

建立了天然气管道在空旷地面发生泄漏的三维模型,对高速泄漏区域进行了网格细化。利用 CFD商业软件 FLUENT 6.3对泄漏过程进行模拟,考察了大气风速、泄漏初速度和泄漏口形状（圆形和菱形）对泄漏的影响。模拟结果表明,风速对天然气泄漏喷射射流角度有较大影响,扩散范围随扩散高度而增大;泄漏初速度对天然气喷射高度有较大影响,扩散高度随泄漏初速度的加快而变高;圆形泄漏口的硫化氢泄漏范围最宽。研究结果对加深长输天然气管道泄漏扩散规律的认识、事故的预防具有一定的意义。