埋地天然气管道泄漏过程天然气在土壤中扩散的数值模拟研究

【摘要】：随着天然气工业的迅速发展,天然气管道空间分布日趋密集,管道泄漏引起的生产损失、民生安全问题日益突出。埋地天然气管道由于受细菌、电流腐蚀或外力破坏,泄漏事故时有发生。一旦天然气管道发生泄漏,处理不及时很可能引起燃烧爆炸,带来重大损失。因此,研究天然气在土壤中的扩散过程对埋地管道泄漏事故及时处理具有重要工程意义,可以避免灾害的发生、减少财产损失和人员伤亡。 土壤是典型的多孔介质,天然气在土壤中的扩散行为涉及多孔介质内部的传热传质。本文基于多孔介质体积平均理论及埋地天然气管道的组分输运方程,对埋地天然气管道泄漏过程进行数值模拟,获取泄漏过程的浓度场,预测天然气在土壤中的浓度随时间的变化关系,对比数值计算结果与实验结果,二者具有良好的吻合性,证明用多孔介质体积平均法模拟天然气在土壤中的扩散具有一定的可靠性。 分析不同因素对土壤中天然气浓度分布的影响,分别得到泄漏压力、泄漏口尺寸、泄漏口位置、土壤颗粒半径、障碍物对土壤中甲烷浓度分布的影响。数值模拟结果表明：泄漏压力越大,天然气在土壤中扩散越快,越容易达到稳定增长阶段和趋于饱和；泄漏口尺寸越大,同一时刻同一监测点天然气浓度越高；不同泄漏位置泄漏初期土壤中天然气分布差距很大,随着泄漏时间的增加,土壤中天然气浓度场基本一致；当土壤中有障碍物情况时,天然气会绕开障碍物继续扩散,在障碍物附近形成浓度差。 【关键词】：埋地天然气管道 泄漏 多孔介质 浓度场
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE88
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符号说明15-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 课题研究背景和意义16-19
• 1.2 研究进展19-23
• 1.3 本文主研究内容和目标23-26
• 第二章 流动与扩散基本理论26-32
• 2.1 控制方程26-27
• 2.2 简化问题及模型建立27-28
• 2.3 网格划分28
• 2.4 初始条件和边界条件28-30
• 2.5 模拟数据处理30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 模型验证与天然气在土壤中扩散的模拟32-42
• 3.1 模拟结果与实验数据对比32-33
• 3.2 天然气组分模拟33-40
• 3.2.1 不同时刻各组分浓度分布云图33-36
• 3.2.2 监测点各组分随时间变化的变化36-37
• 3.2.3 甲烷浓度沿空间分布的时间变化37-38
• 3.2.4 不同方向甲烷最低爆炸极限位置与模拟区域边界之间的距离的时间变化38-39
• 3.2.5 地表面甲烷扩散率的时间变化39-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第四章 主要因子对天然气在土壤中扩散的影响42-62
• 4.1 泄漏压力对天然气在土壤中扩散过程的影响42-45
• 4.1.1 泄漏压力变化条件下的甲烷浓度42-43
• 4.1.2 甲烷浓度沿空间的分布43-44
• 4.1.3 甲烷爆炸极限位置与模拟区域边界之间距离随时间的变化44-45
• 4.1.4 监测点甲烷浓度的时间变化45
• 4.2 泄漏口尺寸对天然气在土壤中扩散过程的影响45-48
• 4.2.1 泄漏口尺寸变化条件下的甲烷浓度45-46
• 4.2.2 甲烷浓度沿空间的分布46-47
• 4.2.3 监测点甲烷浓度的时间变化47-48
• 4.3 泄漏位置对天然气在土壤中扩散过程的影响48-51
• 4.3.1 泄漏位置变化条件下的甲烷浓度48-49
• 4.3.2 甲烷浓度沿空间的分布49-50
• 4.3.3 监测点甲烷浓度的时间变化50-51
• 4.4 颗粒半径对土壤中天然气浓度扩散的影响51-52
• 4.4.1 土壤颗粒半径变化条件下的甲烷浓度51-52
• 4.4.2 监测点甲烷浓度的时间变化52
• 4.5 土壤中有障碍物管道条件下对天然气在土壤中扩散过程的影响52-56
• 4.5.1 模型简化52-53
• 4.5.2 土壤中有障碍物管道条件下的甲烷浓度53-54
• 4.5.3 甲烷浓度沿空间的分布54-55
• 4.5.4 监测点甲烷浓度的时间变化55-56
• 4.6 土壤中有障碍物墙条件下对天然气在土壤中扩散过程的影响56-60
• 4.6.1 模型简化56-57
• 4.6.2 土壤中有障碍物墙条件下的甲烷浓度57-58
• 4.6.3 甲烷浓度沿空间的分布58-59
• 4.6.4 监测点甲烷浓度的时间变化59-60
• 4.7 本章小结60-62
• 第五章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62
• 5.2 展望62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 研究成果及发表的学术论文68-70
• 作者及导师简介70

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