裸置海底自沉降热油管道泄漏扩散的数值研究

根据计算流体力学建立海底海泥区域与海水区域的流固耦合传热多相流模型,海泥区域视为饱和含水多孔介质。运用软件模拟了裸置在海底的热油管道在输送过程中泄漏后原油在海泥和海水中的分布情况和温度场的变化情况,并对不同的泄漏点进行了分析。模拟时考虑了裸置海底管道的自沉降和海水中压强的影响。模拟结果表明,泄漏点对泄漏原油的扩散分布有很大影响;当泄漏点在土壤区域开始泄漏时,原油在土壤中呈弧形分布,过一段时间后沿土壤与管道外保温层流入海水中,顶端呈现喷射形,两侧呈螺旋状,并逐渐向海面流动;当泄漏点在海水区域时,泄漏的原油呈现喷射形,在浮力的作用下逐渐向海面流动;泄漏位置不同,海水和海泥温度场的分布有很大差异。海水区域和海泥区域的交界面对原油分布和温度场分布有很大影响。     

穿越河流管道泄漏数值模拟

电缆检漏法是管道泄漏和检测发展的一个重要方向。建立了泄漏二维扩散物理模型及数学模型,采用CFD仿真软件对不同水速下穿越河流埋地管道泄漏情况进行了模拟。研究结果表明:不同水速下油品在土壤中泄漏情况相似,油品在水中分布范围随水速增加而增加,水速增大到一定程度时将会在地面上溢流一段时间才向水中扩散,该方法为电缆检漏技术检测穿越河流成品油管道泄漏提供了理论依据。     

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。     

海底管线天然气泄漏过程数值模拟

采用VOF(Volume Of Fluid)多相流模型对海底管线天然气泄漏过程进行了数值模拟研究,通过实验验证了数学模型的准确性和可靠性.结果表明:在泄漏初期天然气上升的同时也会横向扩散并逐渐形成直径为1.92m一个气团,随后气团脱离泄漏口继续向上运动,气团将分裂为多个小气团,海水将占据小气团之间的空隙.气团两侧会产生回流,气液两种流体之间形成强烈的湍流运动,加强天然气和海水的混合,造成天然气泄漏过程中气液两相之间的相互渗透.泄漏流量的增大将导致天然气从泄漏口运动到自由表面所需时间的减小,特别是在流量较小时,下降幅度较为迅速.     

埋地天然气管道泄漏数值模拟

给出了天然气管道泄漏几何区域图形,建立了天然气泄漏控制方程,基于控制体积原理和多孔介质理论,利用计算流体力学软件对埋地天然气管道泄漏过程进行了数值模拟。通过模拟,得到了天然气在土壤和空气中泄漏浓度分布,并分析了风速对天然气组分的扩散影响规律,确定了安全区域,为天然气管道泄漏应急救援和安全管理提供了理论依据。     

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。     

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。     

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。     

含硫天然气管道泄漏危险区域的数值模拟

针对埋地含硫天然气管道泄漏的实际情况,采用有限体积法,对埋地含硫天然气管道持续泄漏的甲烷及硫化氢体积分数进行了数值模拟。在模拟过程中,考虑了管道上层土壤作为多孔介质对气体扩散的影响,比较分析了同一时刻甲烷和硫化氢的危险区域,得出同一时刻硫化氢泄漏所造成的剧毒区域远大于且完全覆盖甲烷危险区域。对硫化氢和甲烷的共同影响区域,应同时采取防火防毒措施,而在硫化氢影响区域只需采取防毒措施。     

压力梯度法定位管道泄漏点的数值模拟

受管道的自然寿命和人为因素等的影响,管道泄漏事故频繁发生,及时发现管道泄漏和确定泄漏点位置对减少损失、维护管道安全运行显得十分重要。针对成品油管道泄漏,利用CFD仿真模拟软件模拟了管道压力的变化。若管道始末端的压力发生改变,则说明管道的某处已发生泄漏,此时可根据管道始末端的压力梯度变化,利用压力梯度法最终确定泄漏点的位置。     

埋地输油管道泄漏渗流数值模拟

埋地输油管道发生穿孔泄漏后,原油在土壤多孔介质中低速渗流。泄漏口附近流速随泄漏半径的增加而减小,速度等值线随时间延续变化不大,受重力影响速度等值线有不同程度的沉降。驱替前沿原油体积分数随驱替半径的增加逐渐减小,等值线梯度较大,分布较密集,并随时间的延续继续扩大。研究了管道泄漏后泄漏口流速的分布规律,以及在原油扩散过程中时间、流速对体积分数分布的影响。通过数值模拟,可以实时监测原油在地层中的扩散规律,通过地层的孔隙度可计算原油的泄漏量,对指导泄漏管道的维修、评价地层伤害提供了有效的数据支持。     

室内液化石油气泄漏扩散数值模拟

液化石油气是一种危险性气体,一旦发生泄漏,所造成的后果是非常严重的,所以其安全问题很重要。针对液化石油气的特点,建立有限空间内部发生泄漏扩散的物理模型,并对液化石油气泄漏扩散的过程进行了数值模拟。通过模拟结果分析了其扩散过程的内部流场,并对比了相对湿度不同时其扩散过程的变化规律。结果表明,由于受空气中涡流移动的影响,泄漏点两侧气体扩散的速度矢量由起初的一侧高另一侧低变为一侧低另一侧高;风速增大,加快涡流的产生和移动速度,使C₃H₈的质量分数分布变化更剧烈;相对湿度较大时气体的下降速度比湿度小时更快,在低于泄漏点高度的平面内,湿度增大,C₃H₈的质量分数也变大,缩短液化石油气报警器的报警时 间。     

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。     

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。     

不同油品管道泄漏的数值模拟

针对埋地管道输送不同油品发生泄漏问题, 采用有限容积法建立埋地管道周围土壤多孔介质的三维流动传质数学模型, 通过C F D软件分别模拟了汽油、 柴油、 原油管道下方发生泄漏后, 不同油品在地下及地表的扩散范围。模拟结果表明, 在泄漏时间相同时, 柴油在土壤中的扩散范围最大, 其扩散范围比汽油大2 0%左右, 而汽油和原油的扩散范围基本相等; 当泄漏时间大于2h时, 不同油品在地下、 地表扩散速率基本趋于稳定。泄漏油品扩散范围的模拟对被污染土壤的修复工作具有指导意义。     

障碍物形状对含硫天然气管道泄漏扩散影响的数值模拟

对含硫天然气管道泄漏扩散进行模拟研究,在不同风速下对比分析了计算区域内障碍物形状、障碍物坡度对泄漏气体扩散过程的影响规律,并模拟了不同条件下H₂S组分的安全区域。结果表明,障碍物的存在使泄漏气体在风力作用下堆积在障碍物的迎风面,障碍物的形状改变泄漏气体的运动路径。当障碍物为无坡度障碍物（建筑物）时,泄漏气体的扩散高度增大,且在水平方向的传输被阻碍;当障碍物为有坡度障碍物（山体）时,泄漏气体在水平方向的扩散距离增大,且在外界风力达到一定速度之后,泄漏气体绕过障碍物在背风区扩散时开始向下沉降,导致地面附近的安全区域范围减小。减小障碍物坡度,风速较小时对泄漏气体的扩散无影响,风速较大时泄漏气体将障碍物包围并在近地面处扩散;增大障碍物坡度,泄漏气体的扩散规律与无坡度障碍物（建筑物）存在时相似。模拟结果可为含硫天然气泄漏事故的处理提供参考。     

城镇燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟

城镇燃气管道的分布区域人口及建筑众多,燃气管道一旦发生泄漏,将有可能造成重大的财产损失 甚至人员伤亡。因此,为了量化城镇燃气泄露危害,针对管道不同的破坏情况及气源建立了燃气泄漏各种源模型以 及扩散模型,并且建立了燃气管线动态泄漏扩散模型及伤害性危险范围。对第三方破坏所造成的城镇燃气管道泄 漏模型进行了模拟,采用CFD技术对管道泄漏燃气的扩散进行模拟研究,获得了泄漏气体的扩散数值模拟结果,为 城镇燃气管道安全运行提供了理论依据。     

不同流速下螺旋管内油水分离的数值模拟

油田开采的原油含有一定量的水,所以需要对含水原油进行油水分离使含水率达到要求才能投放市场。在目前使用的油水分离方法中,由于其他方法存在一定的缺陷,物理分离法得到了广泛应用。螺旋管分离器具有结构简单、重量轻等特点,成为目前最常见的一种离心分离器。采用计算流体力学中的VOF模型,利用商业仿真软件对具有不同入口速度的螺旋管内油水分离进行了数值模拟,得出了油水分离规律：离轴线越远,速度越小,速度较小时速度分布比较均匀;水相分布最大区域出现在每圈近入口的外侧;沿螺旋管轴向方向油水呈周期性的分离,当速度变大时高含水区向入口端靠近,分离效果好。该规律可为螺旋管分离器的改进和提高分离效率提供理论支持。