双层管道夹层内泄漏天然气的扩散特性分析

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1、第50卷第2期化工设备与管道Vl01．50NO．22013年4月PROCESSEQUIPMENT&PIP1NGApr．2013·管道与管"t-'t-·双层管道夹层内泄漏天然气的扩散特性分析吴国忠’，王玉石，齐晗兵，李栋，(1．东北石油大学土木建筑工程学院，黑龙江大庆163318；2．哈尔滨工业大学，能源科学工程学院，哈尔滨150001)摘要：建立了双层管道的夹层内泄漏天然气扩散传热模型，采用CFD数值方法，利用FLUENT软件开展了双层管道天然气泄漏扩散的数值研究，分析泄漏介质温度、泄漏孔直径及管道压差对外管内壁面上温度场的影响。研究结果表明：(1)随着夹层厚度的增加，泄漏介质温度

2、对外管内壁面上温度场分布影响逐渐减小。(2)随着泄漏孔直径的增大，壁面上出现温降的范围变大，温降值变大。(3)压差越大，外管内壁面上温度值波动越大。关键词：双层管道；天然气；泄漏；扩散中图分类号：TQ055．8；TH12文献标识码：A文章编号：1009—3281(2013)02—0055—00420世纪70年代末，国外出现了一种双层管道，空分布。朱渊等[计人管道瞬态泄漏质量和气体喷被称为双包容管道(DoubleContain．MentPiping)。双射对扩散的影响；利用DEM数据和曲线拟合方法建层管道由于外层的保护作用，天然气只在夹层中扩立三维地形模型：采用分区域的网格划分方法和

3、近地散，泄漏结果为“只漏不爆”，起到防爆抑爆的作用。面网格加密手段划分出全区域结构体网格；使用大涡国内双层管道在天然气输送过程中应用和研究较少，模拟对气体扩散过程进行模拟。大部分文献都是研究因此，双层管道的夹层内泄漏天然气扩散过程有待于大空间的天然气泄漏扩散过程[8-10]9只有少数是对受进一步分析。限空间天然气泄漏扩散进行研究和分析[11-12]0国内外国内外学者对天然气泄漏扩散做了大量研究。针对现有天然气管道输送形式的研究主要集中在单Cumber和Cleaver[1结合小尺度物理模型、全面的实层管道领域，而针对带有层间间隙的双层结构管道的验、简单的数学模型和计算流体动力学(CF

4、D)模型泄漏过程研究较少，并且缺少应用实例。来研究高压天然气管道泄漏过程的流动情况，预测在本文中，双层管道的夹层内泄漏天然气扩散过和验证了大部分气体的泄漏浓度。针对大孔模型的程物理模型和数学模型，考虑狭小空间冲击壁的影响，流动状况，Montiel等人【2认为，当管内气体为亚临利用FLUENT6_3对双层管道的夹层内泄漏天然气扩界流动时。在泄漏孔处是临界流等熵流动或亚临界流散过程进行数值模拟，分析泄漏介质温度、泄漏孔直运动；当管内气体为临界流动时，孔口处为临界流动。径及管道夹层中压差对外管内壁面上温度场的影响。Jo和Ahn_3基于泄漏速度、气体射流、热流等因素建1双层管道的夹层内泄漏

5、天然气扩散模型立射流扩散模型来估计危险区域。Cormier等人运用计算流体动力学(CFD)建立LNG释放模型，用于1．1物理模型灵敏度分析参数，评估燃烧限度距离和浓度水平的影二维双层管道的夹层内泄漏天然气扩散物理模响，对湍流模型进行了分析和比较。Cloete等人建型如图1所示，1和2为内管壁面；3为外管内壁面；立3D、瞬变、数学模型模拟了海底天然气管道破裂a和b分别为内管人口和出口；C和d为夹层出口；时造成烟羽和自由面行为，使用流体体积模型(VOF)收稿日期：2013—02—27和离散相模型(DPM)耦合的方法来解释多相方面的基金项目：国家自然科学基金(51274071)。情况。席

6、学军采用合理的假设改进CFD算法，以作者简介：吴国忠(1961一)，男，黑龙江牡丹江人，博士，教授。求适用井喷的数值模拟，计算出井喷发生后的场的时主要从事管道传热计算研究。2013年4月吴国忠，等．双层管道夹层内泄漏天然气的扩散特性分析姗流膨胀过程前后的焓不变，在泄漏孔出口出现天然气f处，由于焦耳．汤姆逊效应，气体出现温降现象越温度下降，在方案1中温降最大值接近8K。随着夹明显，最大温降值接近8K。方案6与方案3不同的层厚度的增加，泄漏介质温度对外管内壁面上温是，随着夹层厚度的增加，天然气泄漏射流距离增加，度场分布影响逐渐减小。冲击壁面损失的动能比较小，流速大，压差p越大，300对

7、流换热越强，外管内壁面上温度值波动越大。295290285赠280275270012345位置，m图2方案1中外管内壁面上温度场位置，mFig．2Temperaturefieldofscheme1inouterwallsurface图5方案5中外管内壁面上温度场Fig．5Temperaturefieldofscheme5inouterwallsurface3O0赠越赠295猱掰粥裟粼290285280275UlZ34位置／m012345图3方案4中外管内壁面上温度场位