長輸天然氣管道泄漏擴散的數(shù)值模擬

【摘要】：隨著天然氣公用事業(yè)的發(fā)展以及邊遠氣田的開發(fā),長輸天然氣管道的里程和規(guī)模不斷擴大,因此事故的風險也在不斷增大。長輸天然氣管道作為遠距離輸氣的最主要的輸送方式,承擔著連接氣田和儲氣站等設施的重任,具有管徑大、壓力高、輸量大的特點。因此,長輸天然氣管道一旦發(fā)生泄漏事故,不但會影響企業(yè)和居民日常生產和生活,造成重大的經(jīng)濟損失,還可能造成爆炸火災等嚴重危害人民生命財產的事故?；谏鲜鲈?研究長輸天然氣管道泄漏擴散的過程對于制定應急搶險方案,減少事故損失具有重要的意義。 本文研究的對象是我國“西氣東輸”工程主干線,通過建立管道在空氣中發(fā)生泄漏的三維模型,利用計算流體動力學軟件,選用Realizable k-epsilon模型對其在空氣中泄漏擴散的過程進行仿真模擬。本文主要選取泄漏孔直徑、風速、泄漏初速度、泄漏口形狀這四種影響因素進行研究,并分析了它們對泄漏過程影響的強弱程度。 在風速一定的情況下,分別模擬了泄漏孔徑為20mm、50mm、80mm、120mm和200mm情況下的泄漏過程。研究表明,隨著孔徑的增大,噴射速度隨高度衰減的趨勢逐漸變緩；天然氣泄漏形成的射流核的高度和寬度逐漸增大,射流的范圍也逐漸增大,其中高度方向的增長要大于周長方向的增長。 在泄漏孔徑一定的情況下,分別模擬了2至7級風速下泄漏的過程。研究表明,隨著風速的增大,天然氣噴射形成的射流與X軸的夾角不斷減小；天然氣射流發(fā)展的高度逐漸下降；天然氣射流發(fā)展方向逐漸向下風向傾斜。 在相同條件下,對于兩種泄漏初速度的影響進行了對比,隨著泄漏初速度的增大,射流沿著高度方向發(fā)展的程度增大,速度沿高度方向衰減的趨勢變緩,各組分在高度方向上的擴散范圍增大,而在風速方向上的擴散范圍縮小。射流在高度方向上的變化遠遠大于其在周長方向上的變化。 在風速一定,泄漏口面積相同的情況下,分別對長方形、正方形、三角形和圓形泄漏口的泄漏過程進行了模擬。研究表明,泄漏口形狀對于速度沿高度增加而衰減的趨勢有較大影響,相同的泄漏口面積下長方形或圓形泄漏口的泄漏范圍更廣 【關鍵詞】：天然氣 管道 泄漏 擴散 模擬
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TE88
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 研究意義13-15
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3.1 研究的分類15-16
• 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.3 國內研究現(xiàn)狀18
• 1.3.4 當前研究中存在的問題18-19
• 1.3.5 未來的發(fā)展趨勢19-20
• 1.4 本論文的研究難點20
• 1.5 本論文的研究內容20-22
• 2 天然氣泄漏擴散理論基礎22-34
• 2.1 射流理論基礎22-25
• 2.1.1 射流的概念和分類22-23
• 2.1.2 氣體射流過程簡介23-24
• 2.1.3 天然氣管道泄漏的射流特點24-25
• 2.2 天然氣泄漏擴散模型基本方程概述25-29
• 2.2.1 連續(xù)性方程25-26
• 2.2.2 動量方程26-27
• 2.2.3 能量方程27
• 2.2.4 本構方程27-28
• 2.2.5 理想氣體狀態(tài)方程28
• 2.2.6 壓縮因子的計算方法28-29
• 2.3 泄漏源模型及泄漏初速度的計算29-32
• 2.3.1 一般泄漏速率模型29-30
• 2.3.2 孔口泄漏模型和管道泄漏模型30-32
• 2.4 本章小結32-34
• 3 天然氣管道在空氣中泄漏擴散的分析34-40
• 3.1 天然氣管道在空氣中的泄漏擴散過程34
• 3.2 天然氣管道泄漏擴散的影響因素34-35
• 3.3 長輸天然氣管道泄漏的特點35-36
• 3.4 長輸天然氣管道泄漏擴散模擬研究方案36-39
• 3.4.1 工程背景36-37
• 3.4.2 研究方案37-39
• 3.5 本章小結39-40
• 4 長輸天然氣管道泄漏擴散模型的建立40-54
• 4.1 三維模型的建立40-41
• 4.2 網(wǎng)格的劃分41-42
• 4.3 邊界條件的選取42-44
• 4.4 湍流模型的對比44-48
• 4.4.1 湍流模型的分類44-45
• 4.4.2 標準κ-ε模型45-46
• 4.4.3 重組化群κ-ε模型46-47
• 4.4.4 可實現(xiàn)κ-ε模型47-48
• 4.4.5 三種κ-ε模型的對比48
• 4.5 模擬參數(shù)的選取48-51
• 4.6 模型的驗證51-52
• 4.7 本章小結52-54
• 5 長輸天然氣管道泄漏擴散的影響因素分析54-78
• 5.1 孔徑對泄漏過程的影響分析54-59
• 5.1.1 氣體噴射速度的比較54-55
• 5.1.2 硫化氫擴散范圍的比較55-57
• 5.1.3 甲烷擴散范圍的比較57-58
• 5.1.4 孔徑的影響58-59
• 5.2 風速對泄漏過程的影響分析59-64
• 5.2.1 氣體噴射速度的比較59-60
• 5.2.2 硫化氫擴散范圍的比較60-62
• 5.2.3 甲烷擴散范圍的比較62-64
• 5.2.4 風速的影響64
• 5.3 泄漏初始速率對泄漏過程的影響分析64-67
• 5.3.1 氣體噴射速度的比較65
• 5.3.2 硫化氫擴散范圍的比較65-66
• 5.3.3 甲烷擴散范圍的比較66-67
• 5.3.4 泄漏初速度的影響67
• 5.4 泄漏口形狀對泄漏過程的影響分析67-75
• 5.4.1 氣體噴射速度的比較68-69
• 5.4.2 硫化氫擴散范圍的比較69-70
• 5.4.3 甲烷擴散范圍的比較70-71
• 5.4.4 泄漏口截面速度和組分的比較71-74
• 5.4.5 泄漏口形狀的影響74-75
• 5.5 各影響因素的對比分析75
• 5.6 本章小結75-78
• 6 結論與展望78-80
• 6.1 結論78-79
• 6.2 展望79-80
• 參考文獻80-82
• 作者簡歷82-86
• 學位論文數(shù)據(jù)集86

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