氯气泄漏扩散影响因素的数值模拟研究.pdf

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1、2015年6月氯气泄漏扩散影响因素的数值模拟研究97氯气泄漏扩散影响因素的数值模拟研究何友龙(江西省公安消防总队)摘要：基于FLUENT的物质传输模型建立氯气泄漏扩散模型，针对不同泄漏速率、外界风速、障碍物类型等对氯气泄漏扩散进行数值模拟。结果表明，泄漏速率较大时，重气效应明显增大，下风向形成的高浓度区增大；外界风速对重气扩散浓度和扩散危险性区域有很大影响，风速较大时，重气云在下风向的扩散速率增大，在水平侧风向的扩散速率减小，在泄漏源和障碍物附近的停留时间减少，形成的危险区域较小；不同的地表条件是影响重气扩散

2、的重要因素。关键词：障碍物氯气扩散数值模拟泄漏速率风速化工生产、运输、储存和使用过程中涉及各种类型式中：c为经验常数。K和8分别可以从式(4)、的易燃易爆、有毒有害的危险物质，一旦发生泄漏事(5)得到。故，将会造成严重的经济损失和恶劣的社会影响，同时p鲁+p毒茜【c+差]+—P对现场消防官兵的人身安全也会造成威胁。在实际发生的重气泄漏扩散事故中，泄漏气体往往沿地表扩散，(4)因而易受地表状况(如障碍物)的影响，此时的扩散过P詈+P考专【c(+)薏盖】J+¨c·。詈b★—一程较复杂，模型预测与实际状态有较大偏差

3、，这对复杂地形下大气环境的准确预测带来了很大的困难。CFDc2sp(5)模型可用于任何泄漏扩散场景、任何地形和气象条件，式中：和分别表示湍动能和湍流耗散率能够较为准确地描述重气扩散的物理过程。笔者利用Fluent建立氯气泄漏扩散模型，针对不同泄漏速率、风对应的Prandd数，一般取值=1．0；=1．3；G表速和障碍物类型进行模拟。示由层流速度梯度产生的湍流动能，=S(S=一OU,、氯气扩散原理描述S=l(+，、(一)扩散过程基本原理2a瑟))，S为平均应力张量系重气在边界层中的传送和扩散过程都是通过湍流数；其

4、他经验参数依次为：=0．09；cl=1．44；c2。=输送来实现的。由于低层大气中的风速比声速小得1．92。多，可以把空气中质点的平均运动看作不可压缩流体二、氯气扩散CFD模型设定的运动，用Navier—Stokes方程描述，见式(1)、式(2)。(一)基本假设由于障碍物对氯气泄漏扩散的影响较为复杂，为+(肚)=0(1)aOxi简化分析，作如下假设：(1)气体为亚音速流动，且泄漏速率恒定；告()+毒()一老+毒(誊+蓍))(2)气体在扩散中不发生化学反应和相变反应；+L(一pui'u)+Pg(2)(3)风向为

5、水平方向且不随时间、地点和高度变oxj化；式中：u为(，Y，z)三个坐标方向的速度，m／s；g(4)不考虑气体和环境之间的热量交换。为重力加速度，m／s；P为混合气体密度，kg／m；P为绝(二)初始条件对压力，Pa；为流体湍流粘度，kg／(m·s)；u为脉动计算区域为长方体，假设整个扩散过程中风向保速度，m／s。持不变，则重气的扩散是关于XZ面对称的，因此只需考(二)湍流模型原理虑一半的计算区域，从而可以减少模拟时间。选取计用湍流模型来封闭以上方程组。标准，c—s模型算区域为600m×75m×50m，将泄漏源

6、假定为一个适合完全湍流的流动过程模拟，此模型假设流体的湍流粘度。与湍动能K和湍流耗散率有如下关系。12．4mX12．4mX13m的长方体，坐标为(0，0，0)，将大小为9mX4．5m×9m的立方体障碍物布置在距泄漏源，c了(3)下风向50m处，如图1所示。