重气扩散过程的数值模拟

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1、北京化工大学博士学位论文重气扩散过程的数值模拟姓名：魏利军申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：张政2000.4.1北京化工大学博士学位论文重气扩散过程的数值模拟摘要量气泄漏扩散事故是经常发生且危害较大的一种事故形式，由于重气的密度大于空气，因此童气往往沿地面扩散，泄放物质进入人体将引起中毒事故，若泄放物质被点燃或引爆将引起大规模的燃烧爆炸事故。虽然人们对重气泄漏扩散所造成的危害十分重视，但由于缺乏足够有效的数据可提供人们作风险评估及预防改善措施．因此采用数学模型进行模拟是必要的。基于CFD方法的流体力学模型不仅能够更好地描述重气在大气

2、湍流运动中的物理现象，具有广泛的通用性，而且采用该方法对有障碍物或明显地形变化的复杂扩散过程进行数值模拟更为可靠可本文即采用CFD方法来研究重气扩散过程规律。本文共分八章，／其中：第一章为概述。对毒物泄漏扩散过程研究的目的和意义进行了概述，并对毒物泄漏扩散过程作了简要的介绍。第二章为文献总结。综述了重气扩散过程研究领域的国内外发展情况，对各种重气扩散过程数学模拟模型进行了较为详细的介绍，并分析了各自的优缺点。诳此基础上，提出了本文研究工作的内容与目的。书第三章为重气扩散过程的数值模拟模型。提出了气相流动和扩散的控制微分方程及有气溶胶的两相流

3、动和扩散过程的控制微分方程，给出了三种较为常用的湍流流动模型，通过比较分析，本文计算采用的是有浮力修正k-r的双方程湍流模型。第四章为重气扩散过程数值模拟计算方法。运用SIMPLE方法为基础的控制容积法对控制微分方程进行离散化，采用TDMA方法对离散化方程进行求解。给出了一些较为常见的源释放模型。在第五章中，采用本文提出的模型和算法，对ThomeyIslandTrial008实验进行了数值模拟，模拟结果与实验结果符合较好，说明本文提出的模型和算法是适用的。第六章为重气扩散过程的数值研究。利用本文提出的模型和算法，结合气相物料瞬态释放的扩散过

4、程，对影响重气扩散过程的两个重要参数释放气体密度和大气风速对扩散过程的影响进行了分析，取得了一系列有益的结果。第七章还对两种较为常见的点源连续泄漏扩散和液池蒸发扩散过程进行了数值模拟研究，并结合这两个模拟算例对释放速率和障碍物对重气扩散过程的影响进行了分析。第八章为本文研究工作所获得的结论。关键词：重气，泄派矿散数值模拟湍流模型风险评估安全北京化工大学博士学位论文NumericalSimulationofHeavyGasDispersionABSTRACTAsitiswell—known，manyindustrialanddomesticg

5、asesaretoxicandflammableandarestoredinhighly—pressurizedvesselsatliquefiedstatewithambienttemperature．Ifthereisbychanceasuddenrelease，itoftenformsheavy-than-airvapourcloudscalledheavygases．Theaccidentreleaseanddispersionoftoxicandflammableheavygascanpresentaseriousrisktoth

6、epublic’ssafetyandtotheenvironment．Diseasemaybecausedwhenpeoplebreathethetoxicheavygas．Fireorvapourcloudexplosionmaytakeplacewhentheflammableheavygasesarelit．Althoughgreatattentionhasbeenpaidtothehazardofheavygasdispersion，effectivedataoffieldexperimentsarestillinsufficien

7、ttomakeriskassessmentandprecaution．Therefor,itisnecessarytoinvestigatethenumericalsimulationofheavygasdispersion．ThefluiddynamicmodelsbasedonComputationalFluidDynamics(CFD)cannotonlybeappliedtoreflectthephysicalphenomenonintheairturbulentflowwithheavygases，butalsoispossibl

8、etobeusedtosimulatetheheavygasdispersionwheretopographychangeorobstaclesexists．Inthispape