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。