管道输运高压氢气与天然气的泄漏扩散数值模拟

基于有限体积法,建立了管道运输高压氢气及天然气的泄漏扩散模型,考虑到氢气与天然气的管道泄漏事故危险性不同,进行了数值模拟与对比,得出了管道泄漏后氢气与天然气的不同泄漏扩散特性.结果表明:高压氢气的泄漏扩散形成的危险云团较大而且集中;氢气初始的泄漏速度比天然气大得多,与周围环境达到压力平衡所需时间较天然气短;随着扩散时间的增加,氢气危险气体云团扩散最大高度较天然气增加得快;在近地面区氢气泄漏扩散产生的危险后果较天然气小.     

天然气架空管泄漏扩散模拟研究

以北方某农村建筑为例,燃气管道铺设在房屋外墙的窗口下方,建立物理和数学模型,研究燃气泄漏时风速和扩散时间对周围建筑物的影响。模型入口气体为纯甲烷,泄漏方向垂直地面向上,沿墙壁方向的风速分别为0和5 m/s,泄漏时间分别取60 s、300 s和600 s。结果显示：管道发生泄漏后,距离泄漏口越近,气体流速越高,甲烷浓度越大,随着喷射距离增大,气体流速和浓度迅速下降。无风时,随着时间的变化,只有少量的甲烷进入室内,室内区域甲烷体积分数远小于5%,并未达到爆炸下限;甲烷快速向高空放散,不会在低处聚集,低空处危险区域相对较小。有风时,竖直方向上甲烷射流高度明显降低,浓度梯度变化明显;水平方向上甲烷扩散范围增大。风速减小竖直方向的燃气扩散爆炸范围,增大了下风侧燃气扩散爆炸范围。甲烷泄漏600 s时,室内甲烷梯度达到爆炸下限。     

基于FLUENT的天然气蒸气云扩散数值模拟

以某型以天然气为燃料的集装箱船为研究对象,利用FLUENT软件对该船在天然气泄放时蒸气云的扩散规律进行数值模拟分析。分析表明：天然气爆炸区域随风速的增加逐渐靠近集装箱上方,但其在下风向扩散范围越小;在确保设计合理的情况下,可以通过适当调整透气桅高度或降低前排集装箱堆放高度的方式降低天然气泄放对货物区域的潜在影响。     

考虑大气稳定度的液氢泄漏扩散数值模拟

液氢泄漏后产生的易燃易爆氢气云团存在严重安全隐患。通过基于OpenFOAM开发的求解器,对液氢泄漏及云团扩散行为进行分析。该求解器采用简化蒸发模型确定液氢蒸发速率,通过气相和固相求解器分别模拟云团的扩散以及地基的传热,使用共轭传热方法保证气-固区域间温度和热通量的连续性,并采用考虑大气稳定度的对数风廓线作为大气边界条件。通过风廓线观测数据和液氢泄漏实验数据验证提出的求解器。研究结果表明,稳定大气条件、高温以及大泄漏量均导致可燃氢气云团横向扩散范围增大,采用滞留坑方案可将蒸发速率降低99%,并使可燃云团的扩散距离及高度分别降低46%和76%,有效缩小了危险范围。     

受限空间内氢气泄漏扩散行为的数值模拟

氢分子是自然界中最小的分子,很容易通过管道接头、阀门等位置发生泄漏。由于氢气的易燃易爆属性,泄漏后形成的可燃气云一旦遇到火源容易演变成事故。因此,对氢气泄漏扩散行为进行研究有助于掌握氢气事故演化发展规律,对于事故预防具有重要意义。针对一个尺寸为0.47 m×0.33 m×0.20 m的立方体空间建立几何模型,采用自主研发的MPPBuoyantEpplFoam求解器对该模型内的氢气泄漏扩散行为进行了数值模拟,获得了氢气泄漏后的氢气浓度分布、扩散速度分布及流动扩散规律,通过与相关文献中的实验结果进行对比,二者吻合较好,初步验证了该求解器多组分扩散功能的准确性。研究结果表明,在受限空间内,氢气泄漏后表现出如下流动扩散规律：1)氢气从模型顶部竖直向下喷入计算域后,在周围静止空气阻滞作用和浮升力作用下,扩散速度迅速减小,流动的动量控制区变短;2)在氢气注入阶段,计算域氢气浓度分布会在浮力作用下呈现明显的分层效应,上部的氢气浓度高,下部的氢气浓度低;3)氢气停止注入后,在分子扩散作用下,计算域上下部氢气浓度差逐渐变小,并最终达到均匀混合。     

斯特林发动机天然气扩散燃烧的数值分析和试验

应用数值模拟,对斯特林发动机中天然气的燃烧进行了全尺寸三维模拟。分析和优化对斯特林发动机燃烧室速度场、温度场分布以及排放有着重要影响的参数,如空气预热温度、旋流数和过量空气系数等。预测了优化后燃烧室的速度场、温度场分布,以及NO_x和CO的浓度场分布,得到了吸热部件周围的流动形式。模拟结果为抑制NOx和CO的排放和提高换热效率以及发动机的效率提供了指导,设计结果得到了试验验证。     

天然气管道泄漏检测技术评价及预防措施

文章分析了天然气管道泄漏的原因和特点，并对国内外常用的泄漏检测技术进行了简介和综合评价，并针对泄漏原因，提出了相应的预防措施。     

输油圆管弯头段泄漏流场数值模拟

目前各国在役管道存在的老化及腐蚀等问题对人民生命财产安全构成了潜在的危害。如何及时准确地检测管道泄漏现象的发生,对管道安全运行及人民群众的生命财产安全具有重要意义.采用有限容积法,建立三维管道泄漏方程,分析了不同输送速度及泄漏孔径对泄漏后管内流场影响。研究发现：输送速度和泄漏孔径对管内压强、局部高压区、泄漏量、泄漏质量百分比的影响相反。管内压强和流量变化特性为高科技管道检测泄漏技术提供了可能性。     

制氢厂房氢气泄漏数值模拟研究

在氢气的制备、储存、运输和应用过程中,可能发生的非预期氢气泄漏为氢能的安全使用带来了隐患。针对这一问题,采用数值模拟方法对海上风电制氢厂房内氢气的泄漏进行了模拟,给出了氢气4%物质的量分数等值面的发展变化,并对制氢厂房内安全性进行了分析与判断,为制氢厂房内相关设施发生泄漏后的爆燃风险预测提供量化指标和重要参考。     

能量系统优化技术在高含硫天然气净化中的应用研究

高含硫天然气净化过程胺液循环量大、工艺流程复杂、能源消耗大。运用能量系统优化技术,从天然气净化厂整体考虑,提高过程的总体用能水平,遵循按质、按需供能以及能量的梯级利用原则,优化过程推动力,尽可能降低过程的不可逆性,实现天然气净化过程的能量合理有效利用。通过对某高含硫天然气净化厂进行全局能量系统优化研究,包括工艺装置、装置间热集成、储运系统、全厂低温热利用和蒸汽动力系统等,找出净化装置和全厂用能"瓶颈",从联合装置、公用工程等角度提出相关的优化及节能措施,有效降低了全厂的燃料消耗、蒸汽消耗,增加了联合装置发汽量,对净化厂的节能减排和降本增效具有重要意义,对指导净化厂开展节能工作奠定基础。同时,可为建立天然气净化装置的能耗评价和分析方法提供主要依据,对进一步探索天然气净化过程能量系统优化具有指导意义。     

Numerical Simulation on the Dispersion of Natural Gas Releases from a Buried Pipeline

Pipeline is a major way for natural gas transportation. Accidental gas release from a pipeline might lead to great economic losses and casualties. Therefore, it is important to investigate the dispersion characteristics of natural gas release from pipelines. Most previous studies on accidental natural gas release from pipelines mainly focused on bare pipelines and adopted simplified 2D models. This paper first established dispersion models of natural gas release from buried pipelines with high and low pressure, respectively. The numerical methods were validated by Trial 26 of the Thorney Island field experiment and the dispersion model was found to be reasonable and reliable. Then, comparative study between 2D and 3D dispersion model of released natural gas was carried out, which proved that 3D model had superiority upon the 2D model. Then the 3D model was employed to simulate dispersion process of released natural gas by changing pipeline pressure, orifice diameter, wind speed, and soil properties. Finally, the effect of leakage conditions on consequence distance was analyzed. The numerical results could provide technical supports for the design of emergency disposal equipments and urgent pipeline repairs.     

天然气管道环境风险影响分析

对某市天然气输气管道工程不同气象、不同源高条件下事故环境风险的影响范围进行预测与分析.采用气体扩散多烟团模式预测天然气管道泄露及火灾事故的影响范围.结果表明：如果发生天然气泄漏、火灾事故,天然气管道泄漏处下风向的污染物危害范围呈圆环分布;各污染物的扩散多以小风1.5 m/s,稳定度为F类条件下的影响范围最大;在一定的风速和稳定度下,事故影响范围随源高的增高而降低.     

天然气燃烧特性与NOx排放特性数学模拟

采用详细化学反应机理并运用良好搅拌反应器模型,通过化学反应动力学模型的数值计算,就典型的4种天然气组分进行了多种工况下的燃烧特性与NOx排放特性研究.计算结果表明：助燃剂中氧含量对着火时间非常敏感,氧含量较高,着火时间提前;低氧和富燃燃烧方式均可减少NOx排放.     

火花点火天然气发动机工作过程的数值模拟

近年来,由于能源和环保的要求,火花点火天然气发动机以高效、低污染燃烧的优点正在迅速发展。为了分析和研究这种发动机的运行特性,预测多种参数变化对性能的影响,将零维模型应用于气体燃料发动机燃烧过程中。试验表明,模型的计算值和试验值具有很好的一致性。模拟计算弥补了实验测试中的不足,可以从更深层次地认识气体燃料发动机的运行特性和规律。     

垃圾填埋气焚烧火炬的数值模拟

采用数值模拟方法研究了填埋气焚烧火炬内部的流动燃烧情况.通过对不同形状流道的计算,对不同燃料喷嘴在不同工况下的燃烧提供了满足设计要求的流场,计算结果和试验数据吻合较好.采用的计算方案适用于研究变负荷、变组分的低热值气体燃烧装置,可为此类装置的工程设计提供依据.     

高压天然气管道的施工技术探讨

介绍了天然气长输管道的一些关键施工技术,如干燥、防腐、焊接等,以期为长输管道的工程施工提供一些有益的借鉴。     

某型燃气轮机燃烧室燃烧流场数值研究

燃气轮机燃烧室的燃烧特性受到旋流强度、雾化特性等因素的强烈影响,旋流强度和雾化特性分析对燃烧室的设计和优化具有非常重要的作用。对燃气轮机燃烧室的燃烧流场,应用商用程序FLUENT进行了数值模拟,并分析了空气过量系数α和燃油雾化粒径对燃烧室内燃烧特性的影响。模拟结果表明,控制空气过量系数和燃油雾化粒径对提高燃烧室工作性能和降低污染物排放具有重要意义。     

喷射式燃烧器气体流动与燃烧数值模拟

对一国产30kW车用喷射式加热器的燃烧器内气体流动与燃烧进行了数值模拟。由计算分析知．燃烧器导流体切向进气道所进空气射流可加强混合气的混合燃烧,并在导流体底部形成一绕中心轴线的涡流环,因该涡流环中心存在低压,从而可使部分下游燃烧的高温气体在燃烧室尾部缩口的配合下向中上游回流。该回流在燃烧室中下游产生一个绕燃烧室中心轴线的回流环,该回流环既可使高温回流气体维持燃烧器的续燃温度．同时还可加速混合气的燃烧。但从燃烧室的温度场分布图看,其高温区有所偏后,这对燃烧室在不同空燃比下的续燃稳定性不利．且易造成排气温度过高,使热效率下降．因此燃烧室缩口须适当前调．以使回流区前移。     

某型燃气轮机燃烧室性能数值模拟

应用CFD方法对航改QD128燃气轮机燃烧室性能进行了数值模拟。模拟结果表明:燃烧室流量分配设计基本合理,燃烧室内流场分布符合设计规律;燃烧室出口平均温度为1 298K,热点温度1 486K,径向温度分布曲线符合设计要求,OTDF=0.280,RTDF=0.086,略高于航机水平。模拟结果丰富了QD128燃机性能指标,为该机的运行、改进提供了可靠的参考依据。