共同沟内燃气扩散规律的数值分析

以深圳共同沟为研究对象,用甲烷代替天然气,采用向上和水平两种管道泄漏口开口方向,通过k-ε湍流模型利用FLUENT软件数值分析沟内甲烷泄漏的扩散过程,得到甲烷摩尔组分浓度的分布,并对甲烷在共同沟内的扩散特征进行详细分析.根据燃气爆炸下限浓度,将部分计算的莫尔组分浓度分布转化为探头报警时间,并同试验测定的报警时间进行对比,结果表明数值分析的精度基本令人满意.该数值分析的结果为共同沟安全设计中报警探头布置提供了重要的参考.     

高温、高压条件下的页岩气吸附规律研究

为了研究高温、高压条件下的页岩气吸附规律,设计了页岩气吸附装置。取四川某油田的岩样与甲烷气体进行吸附实验研究。实验结果表明,在相同压力条件下,温度越高,页岩对甲烷气体的吸附量越小。当温度较高时,页岩对甲烷的吸附量随着温度的升高而缓慢减小;当温度恒定且压力小于5 MPa时,页岩对甲烷气体的吸附量随着压力增加而逐渐增大。当压力较大时,页岩对甲烷气体的吸附量增幅变缓;页岩颗粒的目数对页岩吸附的影响不显著。利用Langmuir方程对此吸附规律进行拟合,拟合结果较好。     

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。     

论拟合函数系数的偏差

根据实验数据进行复杂函数的拟合，由于计算量大，拟合往往停留在理论阶段。用计算机进行数据处理，这样的计算已经没有任何困难了。用最小二乘法进行函数拟合得到的拟合函数与实验数据符合很好，可是拟合函数系数的偏差却很大；在对仪器定标的过程中，也经常出现这样的情况。就此对直线问题做了比较详细的讨论，并结合实例对曲线问题做了进一步探讨，提出数据区的选取是对该问题的主要影响。     

球形瞬态电场探头变换特性的实验研究

对球形瞬态电场探头的变换特性进行了理论分析,提出了全光型无源电场探头的设想,设计制作了符合国标要求的校准电场产生装置,并利用该装置分别对球形探头在工频电场和冲击电场作用下的变换特性进行了实验研究。由测量数据拟合出了球形探头在工频电场和冲击电场作用下的变换特性曲线,得到了探头变换特性的关系式。     

浮环密封流场数值模拟及泄漏率公式的修正

应用GAMBIT软件,采用六面体网格和楔形网格的混合网格单元类型对节流间隙的计算区域进行网格划分。使用FLUENT软件,以层流模型为基础,采用SIMPLE算法,对不同轴径及工作参数下的浮环节流间隙进行了三维数值模拟。通过对模拟数据进行拟合处理,得到新的周向临界雷诺数经验计算公式和层流状态下的泄漏量计算公式。研究表明,在其它参数不变情况下,泄漏量随浮环偏心率、间隙高度、压差的增大而增大,而轴的旋转速度变化对泄漏量的影响很微小。研究结果为浮环密封的设计及进一步研究提供了参考。     

低速冲击下复合材料层合板的损伤过程模拟

运用一种精度较高的高阶位移位模型复合材料层合板的应力分析，在分层损伤处采用沿厚度分段抛物线插值的方法拟合横向剪应力，运用该方法进行冲击损伤过程的计算，可以不用重新生成网格，并能计算多个分层同时扩展的情况，最后，将计算模拟结果与献的实验数据进行比较，说明了本方法正确和有效性。     

阳泉3号煤干燥煤样等温吸附-解吸特性实验研究

为了深入研究阳泉3号煤对甲烷的吸附-解吸特性,采用高压容量法对同一干燥煤样进行了2次重复实验,结合吸附理论对实验结果进行分析可知:阳泉3号煤对甲烷具有典型的吸附、解吸过程可逆性和解吸过程滞后性,滞后的主要原因是实验煤样孔径50 nm左右的孔隙发育,易形成经典的毛细凝聚;采用单分子层吸附理论Langmuir方程对实验数据进行处理时发现吸附压力约7MPa时,吸附量大于Langmuir方程对应的吸附量,原因可能是煤中开始向多分子层吸附过渡;吸附-解吸过程造成煤中孔隙体积变化,可能会影响到吸附常数的测试.     

甲烷水合物常压分解

在容积为1L的高压反应釜中制备甲烷水合物，采用常压恒温分解法测定了甲烷水合物分解过程的实验数据，并提出了以微分方程表达的宏观分解动力学模型，同时计算出甲烷水合物分解的活化能为76．93kJ／mol。并与其他人测定的活化能数据进行了对比，验证了动力学模型的可靠性。     

不同粒度的煤样等温吸附研究

根据不同粒度的干燥煤样、含平衡水煤样的等温吸附实验，结合压汞法对煤样孔隙结构的测试实验，分析了粒度变化对孔隙结构的影响，探讨了粒度和孔隙结构变化对干燥煤样和含平衡水煤样吸附甲烷的影响及其作用机理．研究结果表明：实验范围内的粒度对干燥煤样吸附甲烷气体的影响只是在吸附时间上。而对含平衡水煤样的同等压力下吸附的甲烷量、Langmuir压力参数(pL)和吸附时间都有明显影响，但对Langmuir体积参数(VL)影响不大，并根据实验中出现的到了某一压力之后随着压力增大煤样吸附量下降的现象，研究认为Langmuir等温吸附模型已不适用，需要建立一种新的等温吸附理论模型。     

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。     

室内燃气报警器的安装位置优化

燃气属于易燃易爆的危险性气体,当在室内有限空间发生泄漏时,会带来相当严重的后果。针对燃气泄漏扩散的特点,利用 Gambit建立室内燃气灶喷嘴处气体泄漏扩散的物理模型,并结合 CFD 流体动力学软件FLUENT模拟了燃气连续泄漏的扩散过程。对燃气在一定温度梯度、不同湿度条件下的扩散效果进行了对比,并监测了指定安装区域内不同安装点处的浓度,以期达到优化报警器安装位置的目的。结果表明,室内空气的相对湿度和安装位置是影响报警时间的关键因素;在相同安装点,当空气相对湿度增加15%时,报警时间延迟近6 s;在一定的空气相对湿度下,报警器距离泄漏口水平位置增加1 m,报警时间滞后4 s。     

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。     

燃气管道非稳态泄漏及扩散的模拟

为了得到准确可靠的燃气泄漏扩散规律及事故的危险范围,基于对燃气管道实际泄漏过程特点的分析,结合湍流扩散微分方程,分别建立了非稳态泄漏及扩散模型,并分析了其求解过程.以实例为基础,讨论并分析了泄漏相对孔径、气源切断时间、风速、扩散距离以及大气稳定度等对泄漏扩散浓度范围的影响.同时,针对泄漏扩散的中毒、火灾爆炸事故可能性危险范围给予了讨论和分析.研究结果将为控制和降低燃气泄漏事故的危害性提供理论参考.     

成品油管道泄漏污染土壤范围模拟计算

建立３Ｄ的ＣＦＤ模型,对埋管下部泄漏油品在孔隙度为０．４５的紧凑土壤区域及孔隙度为０．４７的疏松土壤中的扩散进行了模拟分析。结果表明：在紧凑土壤中,油品以圆滑的椭圆形向四周扩张,扩散宽度、深度和面积在泄漏初期增幅较大,扩散一段时间后增幅均变小,扩散区域的体积随时间以较小的增长率增长;在疏松土壤中,油品以上窄下宽的扩散区域向下延伸扩张,扩散宽度和面积的增长趋势均是先快后慢,而扩散深度的增长率明显大于在紧凑土壤中的增长率,扩散区域的体积随时间以较大的增长率稳步增长     

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。     

热工水力系统程序RELAP 5的CCFL模型适用性分析

冷却剂丧失事故（LOCA）是重要的核电厂设计基准事故之一。它是指冷管段和热管段的大破口事故,都可能导致相向流动限制（CCFL）现象的发生,在再灌水阶段中,反应堆内的下降段中蒸汽较大的向上流动导致安注系统的水不能向下及时注入堆芯,发生CCFL现象。常用的热工水力系统程序（如RELAP 5）中采用专门的模型描述这一现象,但针对不同的几何结构,程序需要用户选择不同的模型及其参数。针对该现象中的相间作用机理展开模型研究,对以直管段为结构特征的Dukler实验台和以棒束通道为测试段的Karei实验台进行建模,通过与实验数据的对比分析,研究了不同CCFL模型的适用性。     

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。