高原城市中压天然气管道泄漏扩散的数值模拟

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1、北京石油化工学院学报第23卷第3期VoI．23NO．3JournalofBeijingInstituteof2015年9月Sep．2015Petro—chemicalTechnology高原城市中压天然气管道泄漏扩散的数值模拟杨奇睿，王岳，邵慧龙(辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001)摘要：针对高原城市中压天然气管道泄漏情况，研究了多层、高层建筑物和风速对天然气管道泄漏和扩散的影响，利用CFD模拟计算软件分别对高原气压下中压A、中压B天然气管道的泄漏扩散进行数值模拟，并得到了泄漏后CH的体积分数分布和危险区域。研究结果表明：高原城市中压A天然气管道泄漏孔处的质量流量与平原

2、地区一致，不受气压影响，高原城市中压B天然气管道泄漏的危险区域随时间的增加保持不变或变小。关键词：高原中压天然气管道；风速；高层建筑物；数值模拟中图分类号：TE88文献标志码：A近几年，天然气以其清洁、卫生、环保和方的天然气管道泄漏孔处的质量流量，通过CFD便等优势正逐渐取代罐装液化气，成为城市居模拟计算软件建立了2种常见的高原城市天然民的主要生活能源。高原地区因缺氧、海拔高管道泄漏模型，得出了在高原气压下不同压力等地理特征，缺乏煤炭、石油、天然气等能源，常等级城市天然气管道的泄漏扩散规律，为高原规能源短缺现象严重。天然气的大力推广和安城市天然气管道泄漏事故的抢险和救援提供理全应用将会使高原

3、人民逐步用上更加安全、环论依据。保、经济的清洁能源口]。城市中压天然气管道1模型的建立可分为A级：管内压力在0．2MPa

4、为全面的二维数值模拟研究，总结出天然气扩散的主lD(十·V“)一一Vp+,uVZu+(2)要影响因素。式中：_厂为单位质量力的矢量，m／s；为速度，针对气压对不同压力等级城市天然气管道m／s；为动力黏度，Pa·S；P为流体微元上的泄漏的影响研究较少，笔者综合考虑了气压和压力，Pa。建筑物对不同压力等级城市天然气管道泄漏扩1．2标准f(．E的运输方程散的影响，计算了在高原气压下不同压力等级湍流脉动动能方程(志方程)：3k+pu收稿日期：2014—10—10IDz3k3I(“+十差]l+十基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．71373003)。G+G一一Y(3)作者简介：杨奇睿(199O一

5、)，男，硕士研究生，主要研究方向为油气管道安全。E—mail：214480427@qq．corn。湍动扩散率方程(￡方程)：36北京石油化工学院学报2015年第23卷压缩湍流中脉动扩张贡献；、分别为k方程Pl0Ok+十z：Ok3I(+十亳]l+十和s方程的湍流Prandtl数；经验常数：f一c(G+csG)一clD2(4)1．44，C2一1．92，C3￡一0．09，C4一0．0845。2模型建立及参数确定湍流黏度：一c譬2．1模型的建立式中，G为平均速度梯度引起的湍流动能产生模拟区域的物理模型如图1所示。项；Gb为浮力引起的湍流动能产生项；Y为可(a)多层建筑物模型(b)高层建筑物模型图1模

6、拟区域的物理模型在有风情况下，下风向的城市建筑群和人员密集区是主要的危险区域，故建立二维模Pa<(南)西㈣型]。由图1(a)可知，模型的空间范围为150m×100rn，两建筑物为多层建筑物]，两多层Q一·㈣詈一()]，建筑物间距为10m，多层建筑物高20ITI、宽1Ofain，泄漏孔距靠近泄漏孔的多层建筑物30m。P，>(南)日㈦由图1(b)可知，模型的空间范围为1501TI×100G一(7)In，两建筑物分别为多层建筑和高层建筑]，两建筑物间距为20m，高层建筑物高5Om、宽l5一Q·t(8)m，泄漏孔距多层建筑物301TI。其中，Q为质量流量，kg／s；k为比热容；A为泄2．2参数确定及

7、边界条件漏孔面积，in。；M为气体摩尔质量，kg／mol；R2．2．1参数确定为气体常数，R一8．314J／(mol·k)；P为管道天然气中CH、C。H。体积分数分别取内压力，Pa；P为大气压，80kPa；G为质量流99．5、0．5，天然气的摩尔质量为16．O7g／量，kg／(m·s)；T为温度，K；p为密度，kg／tool，密度为0．72kg／m。，爆炸极限为5～in。；t为阀门关闭后的泄漏时间。15。选取