高压天然气管道泄漏扩散+CFD+数值模拟

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1、２０１５年２０１５第５期ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＮｏ畅５高压天然气管道泄漏扩散CFD数值模拟周伟国，刘东京，滕卯寅（同济大学，上海200092）摘要：为了降低天然气管道泄漏对环境造成的危害，采用ＦＬＵＥＮＴ软件对高压天然气管道泄漏后甲烷扩散特性进行数值模拟，分别模拟了稳态及非稳态时甲烷浓度分布及速度分布情况；探究不同管道压力和外界风速对天然气泄漏扩散过程的影响，并通过速度分布图和甲烷浓度分布图分析天然气的扩散特性和区域。结果表明：管内压力越大，甲烷射流出口速度越大，甲烷扩散区域越大；风速越大，甲

2、烷的偏转角度越大，在空气中扩散得越快。关键词：高压管道；天然气；管道泄漏；气体扩散；ＣＦＤ中图分类号：ＴＥ９７３文献标识码：Ａ文章编号：１００４－９６１４（２０１５）０５－０００５－０４CFDSimulationonNaturalGasLeakageandDiffusionofHigh-pressurePipelineＺＨＯＵＷｅｉ-ｇｕｏ，ＬＩＵＤｏｎｇ-ｊｉｎｇ，ＴＥＮＧＭａｏ-ｙｉｎ（TongjiUniversity，Shanghai200092，China）Abstract：Ｗｉｔｈｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｆｒｅｄｕｃ

3、ｉｎｇｔｈｅｄａｍａｇｅｓｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｇａｓｌｅａｋａｇｅｔｏｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｏｆｈｉｇｈ-ｐｒｅｓｓｕｒｅｐｉｐｉｎｇｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｗｉｔｈＦＬＵＥＮＴ．Ｔｈｅｍｅｔｈａｎｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｐｒｏｆｉｌｅａｔｔｈｅｓｔｅａｄｙａｎｄｕｎｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｕｂｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｗｉｎｄｖｅ

4、ｌｏｃｉｔｙｏｎｇａｓｌｅａｋａｇｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａ-ｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｆｅａｔｕｒｅａｎｄａｒｅａｏｆｎａｔｕｒｅｇａｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｖｉａｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｐｒｏｆｉｌｅｓａｎｄｍｅｔｈａｎｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｆｉｌｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂｉｇｇｅｒｔｈｅｔｕｂｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｏｕｔｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｊｅｔｆｌｏｗｉｓ，ａｎｄｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｒｅａｉｓ．Ｔｈｅｂｉｇ

5、ｇｅｒｔｈｅｗｉｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｉ，ｓｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｉｓ，ｔｈｅｆａｓｔｅｒｔｈｅｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｒａｔｅｉｓ．Kyewords：ｈｉｇｈ-ｐｒｅｓｓｕｒｅｐｉｐｉｎｇ；ｎａｔｕｒａｌｇａｓ；ｐｉｐｅｌｉｎｅｌｅａｋａｇｅ；ｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；ＣＦＤ［８］0引言度和警戒浓度范围。唐保金等分析了燃气在土壤近年来，随着天然气开发和利用的飞速发展，国中的扩散原理与影响因素，结合泄漏量的计算模型，内己建成天然气输送管道约２万ｋｍ。城市燃气生产建立了埋地燃气管道泄漏后的一维扩散方程

6、，并通过及输配系统主要分布在人口和建筑集中的区域，一旦实例计算分析得出了燃气在土壤中的泄漏扩散规律。［９］发生火灾爆炸事故，将会造成严重的人员伤亡和财产李振林等利用ＦＬＵＥＮＴ软件对高含硫天然气管道［１］损失。高压天然气由于易燃、易爆，其泄漏爆炸事破裂泄漏扩散规律进行了数值模拟。故一般会造成大量财产损失，甚至是人员伤亡，具有本文采用ＦＬＵＮＥＴ软件对高压天然气管道泄漏很大的危害性。因此，对高压天然气管道泄漏扩散进后甲烷的扩散特性进行二维数值模拟，分别探究了不［２］同管道压力和不同外界风速对高压天然气管道泄漏行ＣＦＤ数值模拟具有重

7、要意义。目前，国内对天然气管道泄漏扩散模拟已进行了扩散过程的影响。［３］1模型建立多项研究，其中包括气体泄漏率计算、常规天然气［４］［５］1．1数学模型泄漏扩散模拟，含硫天然气管道扩散模拟。李又［６］高压天然气管道泄漏扩散过程主要遵循质量守绿等在考虑孔口气体射流作用、膨胀效应，以及重力作用、水平风速对天然气扩散影响的基础上，建立恒定律、动量定律、能量守恒定律和气体状态方程。了针对天然气管道泄漏特点的扩散模型。李自力1．2扩散模型［７］高压天然气管道泄漏过程属于高速可压缩气体等对天然气向下与向上喷射两种情况进行了ＣＦＤ数值模拟，并

8、给出了天然气向下喷射时的爆炸下限浓的流动过程，高压天然气的扩散可认为是多组分气体相互作用而形成的湍流，综合考虑工程要求及计算精收稿日期：２０１４－１２－３０收修改稿日期：２０１５－０４－１３度，采用单精度耦合隐式求解器，其基本方程为定常６ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈ