天然气管道泄漏爆炸动力效应研究及危险区域的划分

【摘要】：在环境与能源问题日益严峻的背景下[1],城镇天然气管网在人们日常生活中的角色愈加重要[2】,给城镇居民和企业生产带来了巨大的便利。“星罗棋布”的天然气管网给人们的生产和生活带来了方便,但相应也带来了安全隐患,与城市燃气管道交错纵横相伴出现的是天然气泄漏爆炸的事故层出不穷[3]。天然气管网一旦发生泄漏,会在极短时间内迅速扩散,引发人员中毒、火灾、爆炸等事故的发生,造成重大的人员伤亡和财产损失,使人们的生活无法正常进行[4]。因此进行天然气管道泄漏爆炸动力效应研究及危险区域的划分对我国城市天然气管网的良性发展和防止事故发生具有重大的意义。 本文通过现场调研,理论分析并结合计算机程序开发的方式对天然气管道泄漏爆炸动力效应进行了研究,并对危险区域进行了划分。首先阐述了天然气爆炸的基本理论[5],归纳了气云爆炸的几种基本形式和破坏准则,分析了影响气云爆炸的因素,总结了气云爆炸的研究方法。以连续性方程、动量方程、能量方程、状态方程和本构方程为基础建立了天然气扩散泄露模型[6],得到了划分天然气管道泄漏扩散危险区域的方法,结合实例计算出了最危险条件下人员出现不适症状的范围和天然气产生爆炸的上下限区域[7]。其次提出了开放空间和有约束条件下爆炸冲击波的计算方法,并建立了合适数学模型对天然气泄漏进行求解,确定了爆炸冲击波破坏危险区域的划分[8]。通过对影响冲击波破坏范围的因素进行分析,得出了爆炸冲击波随泄漏孔直径、泄漏孔位置及管道压力初值变化的规律[9]。最后在公式推导的基础上,用Visual Basic软件建立了天然气管道泄漏爆炸冲击波危害预测系统,编译出在Windows系统下运行的可视化计算程序,提出了可供天然气泄漏率的计算和爆炸冲击波的危险区域计算的方法,对于城市天然气管网泄漏爆炸危险的预测[10]具有重要的指导意义。 图[31]表[4]参[55] 【关键词】：天然气 泄漏爆炸 冲击波危害
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU996
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• Contents11-14
• 1 绪论14-18
• 1.1 问题的提出14-15
• 1.2 国内外研究现状15
• 1.3 本论文研究的意义15-16
• 1.4 本论文的主要内容16
• 1.5 本文技术路线图16-18
• 2 天然气泄漏爆炸理论分析研究18-26
• 2.1 爆炸的基本概念18-20
• 2.1.1 爆炸的破坏形式18-20
• 2.2 可燃气云的爆炸研究20-24
• 2.2.1 气云爆炸的基本形式20-21
• 2.2.2 气云爆炸破坏准则21-22
• 2.2.3 影响气云爆炸的因素22-23
• 2.2.4 气云爆炸的研究方法23-24
• 2.3 小结24-26
• 3 天然气泄漏扩散模型研究26-38
• 3.1 天然气泄漏扩散基本理论26-29
• 3.1.1 天然气泄漏射流26
• 3.1.2 天然气泄漏射流的特点26-27
• 3.1.3 天然气流动基本控制方程27-29
• 3.2 天然气管道泄漏模型研究29-32
• 3.2.1 泄漏扩散模型的分类29-30
• 3.2.2 天然气管道泄漏量30
• 3.2.3 天然气管道泄漏模型30-31
• 3.2.4 天然气泄漏扩散模型31-32
• 3.3 天然气管道泄漏扩散的危险区域研究32-37
• 3.3.1 泄漏量的计算32-33
• 3.3.2 扩散模型的确定33
• 3.3.3 扩散系数的确定33-34
• 3.3.4 危险区域的划分34
• 3.3.5 天然气管道泄漏危险区域划分的应用34-37
• 3.4 小结37-38
• 4 天然气爆炸冲击波的动力效应研究38-60
• 4.1 开放空间爆炸冲击波的计算38-49
• 4.1.1 有限差分法39-40
• 4.1.2 爆炸理论基本方程组40-45
• 4.1.3 有限差分法的数值计算45-47
• 4.1.4 计算方程的离散化处理47-49
• 4.2 外界约束条件下冲击波的计算49-50
• 4.3 冲击波危险区域划分50-51
• 4.3.1 人员受到冲击波的伤害50-51
• 4.3.2 建筑物受到冲击波的伤害51
• 4.4 爆炸冲击波危险区域计算结果分析51-55
• 4.4.1 开放空间冲击波的危险区域分析51-53
• 4.4.2 外界约束条件下冲击波伤害范围分析53-55
• 4.5 冲击波危险区域计算的应用55-58
• 4.6 小结58-60
• 5 天然气爆炸冲击波危害预测程序的开发60-68
• 5.1 前言60
• 5.2 开发工具的选择60
• 5.3 主要功能模块60-66
• 5.3.1 泄漏爆炸事故模块62-63
• 5.3.2 泄漏率的求解模块63-65
• 5.3.3 爆炸冲击波危害模块65-66
• 5.4 小结66-68
• 6 结论与展望68-70
• 6.1 结论68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 作者简介及读研期间主要科研成果76

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