高原城市中壓天然氣管道泄漏擴(kuò)散的數(shù)值模擬

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1、北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)第23卷第3期VoI．23NO．3JournalofBeijingInstituteof2015年9月Sep．2015Petro—chemicalTechnology高原城市中壓天然氣管道泄漏擴(kuò)散的數(shù)值模擬楊奇睿，王岳，邵慧龍(遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，遼寧撫順113001)摘要：針對(duì)高原城市中壓天然氣管道泄漏情況，研究了多層、高層建筑物和風(fēng)速對(duì)天然氣管道泄漏和擴(kuò)散的影響，利用CFD模擬計(jì)算軟件分別對(duì)高原氣壓下中壓A、中壓B天然氣管道的泄漏擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬，并得到了泄漏后CH的體積分?jǐn)?shù)分布和危險(xiǎn)區(qū)域。研究結(jié)果表明：高原城市中壓A天然氣管道泄漏孔處的質(zhì)量流量與平原

2、地區(qū)一致，不受氣壓影響，高原城市中壓B天然氣管道泄漏的危險(xiǎn)區(qū)域隨時(shí)間的增加保持不變或變小。關(guān)鍵詞：高原中壓天然氣管道；風(fēng)速；高層建筑物；數(shù)值模擬中圖分類號(hào)：TE88文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A近幾年，天然氣以其清潔、衛(wèi)生、環(huán)保和方的天然氣管道泄漏孔處的質(zhì)量流量，通過CFD便等優(yōu)勢正逐漸取代罐裝液化氣，成為城市居模擬計(jì)算軟件建立了2種常見的高原城市天然民的主要生活能源。高原地區(qū)因缺氧、海拔高管道泄漏模型，得出了在高原氣壓下不同壓力等地理特征，缺乏煤炭、石油、天然氣等能源，常等級(jí)城市天然氣管道的泄漏擴(kuò)散規(guī)律，為高原規(guī)能源短缺現(xiàn)象嚴(yán)重。天然氣的大力推廣和安城市天然氣管道泄漏事故的搶險(xiǎn)和救援提供理全應(yīng)用將會(huì)使高原

3、人民逐步用上更加安全、環(huán)論依據(jù)。保、經(jīng)濟(jì)的清潔能源口]。城市中壓天然氣管道1模型的建立可分為A級(jí)：管內(nèi)壓力在0．2MPa

4、為全面的二維數(shù)值模擬研究，總結(jié)出天然氣擴(kuò)散的主lD(十·V“)一一Vp+,uVZu+(2)要影響因素。式中：_廠為單位質(zhì)量力的矢量，m／s；為速度，針對(duì)氣壓對(duì)不同壓力等級(jí)城市天然氣管道m(xù)／s；為動(dòng)力黏度，Pa·S；P為流體微元上的泄漏的影響研究較少，筆者綜合考慮了氣壓和壓力，Pa。建筑物對(duì)不同壓力等級(jí)城市天然氣管道泄漏擴(kuò)1．2標(biāo)準(zhǔn)f(．E的運(yùn)輸方程散的影響，計(jì)算了在高原氣壓下不同壓力等級(jí)湍流脈動(dòng)動(dòng)能方程(志方程)：3k+pu收稿日期：2014—10—10IDz3k3I(“+十差]l+十基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No．71373003)。G+G一一Y(3)作者簡介：楊奇睿(199O一

5、)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橛蜌夤艿腊踩?。E—mail：214480427@qq．corn。湍動(dòng)擴(kuò)散率方程(￡方程)：36北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)2015年第23卷壓縮湍流中脈動(dòng)擴(kuò)張貢獻(xiàn)；、分別為k方程Pl0Ok+十z：Ok3I(+十亳]l+十和s方程的湍流Prandtl數(shù)；經(jīng)驗(yàn)常數(shù)：f一c(G+csG)一clD2(4)1．44，C2一1．92，C3￡一0．09，C4一0．0845。2模型建立及參數(shù)確定湍流黏度：一c譬2．1模型的建立式中，G為平均速度梯度引起的湍流動(dòng)能產(chǎn)生模擬區(qū)域的物理模型如圖1所示。項(xiàng)；Gb為浮力引起的湍流動(dòng)能產(chǎn)生項(xiàng)；Y為可(a)多層建筑物模型(b)高層建筑物模型圖1模

6、擬區(qū)域的物理模型在有風(fēng)情況下，下風(fēng)向的城市建筑群和人員密集區(qū)是主要的危險(xiǎn)區(qū)域，故建立二維模Pa<(南)西㈣型]。由圖1(a)可知，模型的空間范圍為150m×100rn，兩建筑物為多層建筑物]，兩多層Q一·㈣詈一()]，建筑物間距為10m，多層建筑物高20ITI、寬1Ofain，泄漏孔距靠近泄漏孔的多層建筑物30m。P，>(南)日㈦由圖1(b)可知，模型的空間范圍為1501TI×100G一(7)In，兩建筑物分別為多層建筑和高層建筑]，兩建筑物間距為20m，高層建筑物高5Om、寬l5一Q·t(8)m，泄漏孔距多層建筑物301TI。其中，Q為質(zhì)量流量，kg／s；k為比熱容；A為泄2．2參數(shù)確定及

7、邊界條件漏孔面積，in。；M為氣體摩爾質(zhì)量，kg／mol；R2．2．1參數(shù)確定為氣體常數(shù)，R一8．314J／(mol·k)；P為管道天然氣中CH、C。H。體積分?jǐn)?shù)分別取內(nèi)壓力，Pa；P為大氣壓，80kPa；G為質(zhì)量流99．5、0．5，天然氣的摩爾質(zhì)量為16．O7g／量，kg／(m·s)；T為溫度，K；p為密度，kg／tool，密度為0．72kg／m。，爆炸極限為5～in。；t為閥門關(guān)閉后的泄漏時(shí)間。15。選取