含硫化氫高壓天然氣管道泄漏的數(shù)值模擬

【摘要】： 采用FLUENT軟件模擬含硫化氫的高壓天然氣管道泄漏后的情況,對含硫化氫的高壓天然氣管道泄漏時天然氣的擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了研究。靜風(fēng)下,天然氣在大氣中自由擴(kuò)散穩(wěn)定以后,壓力、溫度、速度和濃度分布基本對稱。壓力和濃度值在泄漏點(diǎn)處最大;速度分布存在射流核心區(qū),流速在斷面上的分布、可視邊界的夾角和軸線流速的沿程變化與試驗(yàn)所得結(jié)果基本吻合;氣體在孔口發(fā)生節(jié)流正效應(yīng),溫度降低;噴口附近、噴口垂直向上的區(qū)域以及接近地面的整個壁面區(qū)硫化氫濃度很高,屬于高危險區(qū)域;安全區(qū)域位于模擬空間兩側(cè)邊界處,占整個空間的比例很小,模擬空間內(nèi)的大部分區(qū)域都屬于危險區(qū)域。 單純甲烷氣體與含有硫化氫的天然氣的特性差別較大;改變天然氣的硫化氫含量,安全空間隨著硫化氫濃度的增大而減小?？傮w來說,在其它參數(shù)相同的情況下含硫化氫的多組分天然氣擴(kuò)散時比僅含甲烷的單組分氣體更危險。 改變泄漏點(diǎn)孔徑,發(fā)現(xiàn)天然氣在大氣中的分布與泄漏孔徑的大小有關(guān)。模擬空間同一點(diǎn)處的天然氣濃度值,隨著泄漏孔徑的增大而減小。改變風(fēng)速發(fā)現(xiàn),風(fēng)的作用在地面附近影響效果不太明顯,隨著高度的增加,影響效果將不斷增強(qiáng)。有風(fēng)時天然氣的噴射發(fā)生彎曲,模擬空間內(nèi)的危險區(qū)域隨著風(fēng)速的增大而減小,危險范圍中心則隨著風(fēng)向逐漸向下風(fēng)向移動。改變管道泄漏壓力,可以看出整個模擬空間內(nèi)安全區(qū)域隨著泄漏壓力的變化幅度并不是很大。模擬天然氣在泄漏孔處點(diǎn)火后的情況,可得點(diǎn)火后的安全區(qū)域比未點(diǎn)火之前擴(kuò)大了很多,說明對天然氣泄漏后點(diǎn)火這一措施可以大大提高泄漏空間的安全系數(shù)。 【關(guān)鍵詞】：多組分天然氣 硫化氫 濃度分布 危險范圍 影響因素
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TE832
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-11
• 第1章 前言11-18
• 1.1 研究背景11
• 1.2 研究的意義11-13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 氣體擴(kuò)散的機(jī)理及其應(yīng)用13-14
• 1.3.2 一些常用的氣體擴(kuò)散模型及其比較14-15
• 1.4 數(shù)值模擬軟件15-17
• 1.4.1 數(shù)值模擬軟件概述15-16
• 1.4.2 FLUENT 軟件介紹16-17
• 1.5 本文的研究內(nèi)容17-18
• 第2章 網(wǎng)格的繪制和FLUENT 模型的選擇18-24
• 2.1 模擬空間網(wǎng)格的繪制18-21
• 2.1.1 模擬維數(shù)的選擇18-19
• 2.1.2 網(wǎng)格的形狀和劃分19-21
• 2.2 模擬的模型選擇21-22
• 2.2.1 解算器的選擇21
• 2.2.2 湍流模型的選擇21-22
• 2.2.3 組分輸運(yùn)模型的選擇22
• 2.3 邊界條件的確定22-24
• 第3章 FLUENT 初始條件的計(jì)算和輸入24-47
• 3.1 天然氣概述24-25
• 3.2 天然氣內(nèi)硫化氫含量的選擇25-26
• 3.3 給定的管道參數(shù)26
• 3.4 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下FLUENT 所需各管道參數(shù)的計(jì)算26-44
• 3.4.1 管道中天然氣參數(shù)的計(jì)算27-38
• 3.4.2 管道參數(shù)的計(jì)算和設(shè)定38-44
• 3.5 初始參數(shù)的計(jì)算程序44
• 3.6 自定義函數(shù)UDF 的編寫44-47
• 3.6.1 逆溫層的影響44-45
• 3.6.2 大氣壓力變化的影響45-47
• 第4章 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的模擬結(jié)果及分析47-70
• 4.1 相關(guān)基本理論47
• 4.2 模擬結(jié)果及分析47-70
• 4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力分布圖48-51
• 4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的速度分布51-58
• 4.2.3 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度場分布58-61
• 4.2.4 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的濃度場61-70
• 第5章 不同條件對天然氣擴(kuò)散的影響70-95
• 5.1 氣體組分的不同對泄漏的影響70-77
• 5.1.1 不同硫化氫濃度的天然氣的算例分析和比較70-71
• 5.1.2 不同硫化氫濃度的天然氣泄漏后的速度場分布71-73
• 5.1.3 不同硫化氫濃度的天然氣泄漏后的密度場分布73-75
• 5.1.4 不同硫化氫濃度的天然氣泄漏后的危險范圍75-77
• 5.1.5 關(guān)于單組分氣體和多組分氣體的小結(jié)77
• 5.2 不同泄漏孔徑下氣體泄漏的比較77-87
• 5.2.1 不同泄漏孔徑下氣體泄漏的壓力場分布78-80
• 5.2.2 不同泄漏孔徑下氣體泄漏后的速度場80-83
• 5.2.3 不同泄漏孔徑下氣體泄漏后的溫度場分布83-85
• 5.2.4 不同泄漏孔徑下氣體泄漏后的濃度場85-87
• 5.3 風(fēng)速對擴(kuò)散的影響87-91
• 5.3.1 不同風(fēng)速下的壓力場分布87-88
• 5.3.2 不同風(fēng)速下的速度場分布88-89
• 5.3.3 不同風(fēng)速下的濃度場分布89-91
• 5.4 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下不同泄漏壓力對擴(kuò)散的影響91-95
• 5.4.1 不同泄漏壓力下的速度場分布91-93
• 5.4.2 不同泄漏壓力下的濃度場分布93-95
• 第6章 管道泄漏后點(diǎn)火燃燒對擴(kuò)散的影響95-102
• 6.1 火焰模型的選擇95-96
• 6.2 PDF 模擬結(jié)果及分析96-102
• 6.2.1 prePDF 的計(jì)算96-97
• 6.2.2 FLUENT 的預(yù)混和燃燒計(jì)算97-99
• 6.2.4 預(yù)混和燃燒密度場分布99-100
• 6.2.5 預(yù)混和燃燒濃度場分布100-102
• 第7章 結(jié)論102-104
• 參考文獻(xiàn)104-107
• 附錄107-117
• 致謝117-118
• 人簡歷、在學(xué)期間的研究成果118

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