长输天然气管道泄漏扩散的数值模拟

【摘要】：随着天然气公用事业的发展以及边远气田的开发,长输天然气管道的里程和规模不断扩大,因此事故的风险也在不断增大。长输天然气管道作为远距离输气的最主要的输送方式,承担着连接气田和储气站等设施的重任,具有管径大、压力高、输量大的特点。因此,长输天然气管道一旦发生泄漏事故,不但会影响企业和居民日常生产和生活,造成重大的经济损失,还可能造成爆炸火灾等严重危害人民生命财产的事故。基于上述原因,研究长输天然气管道泄漏扩散的过程对于制定应急抢险方案,减少事故损失具有重要的意义。 本文研究的对象是我国“西气东输”工程主干线,通过建立管道在空气中发生泄漏的三维模型,利用计算流体动力学软件,选用Realizable k-epsilon模型对其在空气中泄漏扩散的过程进行仿真模拟。本文主要选取泄漏孔直径、风速、泄漏初速度、泄漏口形状这四种影响因素进行研究,并分析了它们对泄漏过程影响的强弱程度。 在风速一定的情况下,分别模拟了泄漏孔径为20mm、50mm、80mm、120mm和200mm情况下的泄漏过程。研究表明,随着孔径的增大,喷射速度随高度衰减的趋势逐渐变缓；天然气泄漏形成的射流核的高度和宽度逐渐增大,射流的范围也逐渐增大,其中高度方向的增长要大于周长方向的增长。 在泄漏孔径一定的情况下,分别模拟了2至7级风速下泄漏的过程。研究表明,随着风速的增大,天然气喷射形成的射流与X轴的夹角不断减小；天然气射流发展的高度逐渐下降；天然气射流发展方向逐渐向下风向倾斜。 在相同条件下,对于两种泄漏初速度的影响进行了对比,随着泄漏初速度的增大,射流沿着高度方向发展的程度增大,速度沿高度方向衰减的趋势变缓,各组分在高度方向上的扩散范围增大,而在风速方向上的扩散范围缩小。射流在高度方向上的变化远远大于其在周长方向上的变化。 在风速一定,泄漏口面积相同的情况下,分别对长方形、正方形、三角形和圆形泄漏口的泄漏过程进行了模拟。研究表明,泄漏口形状对于速度沿高度增加而衰减的趋势有较大影响,相同的泄漏口面积下长方形或圆形泄漏口的泄漏范围更广 【关键词】：天然气 管道 泄漏 扩散 模拟
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TE88
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 研究意义13-15
• 1.3 国内外研究现状15-20
• 1.3.1 研究的分类15-16
• 1.3.2 国外研究现状16-18
• 1.3.3 国内研究现状18
• 1.3.4 当前研究中存在的问题18-19
• 1.3.5 未来的发展趋势19-20
• 1.4 本论文的研究难点20
• 1.5 本论文的研究内容20-22
• 2 天然气泄漏扩散理论基础22-34
• 2.1 射流理论基础22-25
• 2.1.1 射流的概念和分类22-23
• 2.1.2 气体射流过程简介23-24
• 2.1.3 天然气管道泄漏的射流特点24-25
• 2.2 天然气泄漏扩散模型基本方程概述25-29
• 2.2.1 连续性方程25-26
• 2.2.2 动量方程26-27
• 2.2.3 能量方程27
• 2.2.4 本构方程27-28
• 2.2.5 理想气体状态方程28
• 2.2.6 压缩因子的计算方法28-29
• 2.3 泄漏源模型及泄漏初速度的计算29-32
• 2.3.1 一般泄漏速率模型29-30
• 2.3.2 孔口泄漏模型和管道泄漏模型30-32
• 2.4 本章小结32-34
• 3 天然气管道在空气中泄漏扩散的分析34-40
• 3.1 天然气管道在空气中的泄漏扩散过程34
• 3.2 天然气管道泄漏扩散的影响因素34-35
• 3.3 长输天然气管道泄漏的特点35-36
• 3.4 长输天然气管道泄漏扩散模拟研究方案36-39
• 3.4.1 工程背景36-37
• 3.4.2 研究方案37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 长输天然气管道泄漏扩散模型的建立40-54
• 4.1 三维模型的建立40-41
• 4.2 网格的划分41-42
• 4.3 边界条件的选取42-44
• 4.4 湍流模型的对比44-48
• 4.4.1 湍流模型的分类44-45
• 4.4.2 标准κ-ε模型45-46
• 4.4.3 重组化群κ-ε模型46-47
• 4.4.4 可实现κ-ε模型47-48
• 4.4.5 三种κ-ε模型的对比48
• 4.5 模拟参数的选取48-51
• 4.6 模型的验证51-52
• 4.7 本章小结52-54
• 5 长输天然气管道泄漏扩散的影响因素分析54-78
• 5.1 孔径对泄漏过程的影响分析54-59
• 5.1.1 气体喷射速度的比较54-55
• 5.1.2 硫化氢扩散范围的比较55-57
• 5.1.3 甲烷扩散范围的比较57-58
• 5.1.4 孔径的影响58-59
• 5.2 风速对泄漏过程的影响分析59-64
• 5.2.1 气体喷射速度的比较59-60
• 5.2.2 硫化氢扩散范围的比较60-62
• 5.2.3 甲烷扩散范围的比较62-64
• 5.2.4 风速的影响64
• 5.3 泄漏初始速率对泄漏过程的影响分析64-67
• 5.3.1 气体喷射速度的比较65
• 5.3.2 硫化氢扩散范围的比较65-66
• 5.3.3 甲烷扩散范围的比较66-67
• 5.3.4 泄漏初速度的影响67
• 5.4 泄漏口形状对泄漏过程的影响分析67-75
• 5.4.1 气体喷射速度的比较68-69
• 5.4.2 硫化氢扩散范围的比较69-70
• 5.4.3 甲烷扩散范围的比较70-71
• 5.4.4 泄漏口截面速度和组分的比较71-74
• 5.4.5 泄漏口形状的影响74-75
• 5.5 各影响因素的对比分析75
• 5.6 本章小结75-78
• 6 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-82
• 作者简历82-86
• 学位论文数据集86

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

天然气管道泄漏扩散的模型研究    蒋波沱;邢晓龙;贾彦强;张旭;

基于FLUENT的机床主轴动压轴承静特性研究    黄首峰

基于GIS的城市燃气管道事故后果分析    付珍

机翼三维绕流的非定常模拟研究    田巍

可爆性气体泄漏扩散时均湍流场的数值模拟    孟志鹏,王淑兰,丁信伟

昌吉市大气扩散模型的建立与探讨    王建平，韩盛

城市天然气管道泄漏的危害分析    徐志胜;邓芸芸;姜学鹏;

扩散模型中忽略纵向扩散的条件    胡正林;

成都市SO_2扩散模型研究    王晓利,唐斌,邓静秋

可燃及毒性气体扩散研究    丁信伟,王淑兰,徐国庆

描述重气泄漏扩散过程的新型模型    蒋军成,潘旭海

我国城市天然气管道事故统计及分析    国辉;

长输管线气体泄漏率的计算方法研究    霍春勇,董玉华,余大涛,高惠临,周敬恩,冯耀荣

天然气管道泄漏扩散模型研究    李又绿,姚安林,李永杰

天然气管道泄漏扩散及爆炸数值模拟研究    秦政先

高压天然气管道孔口泄漏扩散浓度与范围仿真探讨    朱彦凝;吴赟城;王强;

油库泄漏的数值模拟探讨    张瑞明;

某型号锅炉末级过热器高温腐蚀数值模拟分析    肖琨;王强;刘富君;

压缩天然气瓶组安全间距数值模拟研究    杨心理;刘延雷;王兵;杨文明;朱海燕;

含硫化氢天然气泄漏事故的硫化氢中毒灾害分析    雷达;张建文;冯文兴;

危险化学污染物在空气、水和土壤中的扩散与迁移研究进展    王志伟;张元标;

新型自动收球装置在天然气输集系统的应用    张兴海;

浅谈城市完整性管道的施工管理    罗雄辉;

硬脂酸咪唑啉在天然气输送管道减阻成膜性能的研究    邢文国;冯维春;张长桥;于萍;魏云鹤;

高程差对高压燃气管线水力计算结果的影响    俞善东;

输气管道泄漏喷射火热辐射危害分析    张建文;雷达;

石油化工园区火灾危险性分析及应对策略研究    刘晅亚;秘义行;陈彦菲;

天然气发电厂事故应急救援预案编制要素研究    朱达;

无机氟化工生产危险有害因素分析及安全对策措施研究    苏建中;

液化气储罐蒸气云爆炸(UVCE)事故的后果评价    常德强;秦华礼;郑欣;陈宝智;

可持续发展概念的广谱分析    张玉祥;

石油化工园区火灾风险与消防安全规划研究    刘晅亚;陈彦菲;

燃气地下管网第三方影响事故泄漏扩散后果分析    孙安娜;周卫;段常贵;安跃红;

燃气管道泄漏量计算方法    唐保金;张增刚;汤云普;田贯三;薛海强;

重气体扩散模型分类及工业应用模型分析比较    孙召宾;郑洪波;张树深;

高原山区地形条件下城市重气泄漏风洞实验与数值模拟    张朝能

高压天然气管网动态模拟与壅塞流动特性研究    刘庆堂

产品质量安全风险预警与应急处置研究    刘战豫

压力容器蒸汽爆炸临界条件分析及后果仿真    王庆慧

基于OFDR技术的管道防破坏预警系统设计与信号分析处理方法研究    孟凡勇

液化气体瞬时泄漏产生两相云团演化机理研究    刘潇

高压天然气非金属玻璃钢管承载能力与应用研究    南发学

化工储罐火灾起火点推断物证技术研究    郑斌

事故性泄漏动力学过程的理论与实验研究    潘旭海

重气扩散过程的数值模拟    魏利军

建筑工程安全事故预防与控制    耿亚杰

乙氧基化催化精馏新工艺安全评价研究    国洪超

液化天然气站监控系统设计与实现    刘华

基于Web GIS的油气管道事故应急救援系统模型研究    朱本廷

转化气制甲醇的系统安全分析    张峰

安全控制器的设计    邓璇炽

燃气管网的稳态分析与模拟    张勇

健全中小学校园安全机制研究    段淑芬

燃气管网事故处理系统的研究与应用    韩丽

新进飞行教师培训与教学监控记录系统设计    严丛优

GIS空间分析研究进展综述    杨志恒;

闪火灾害的后果分析    刘茂,余素林,李学良,薄文广,师立晨

可爆性气体泄漏扩散时均湍流场的数值模拟    孟志鹏,王淑兰,丁信伟

火球热辐射后果计算动态模型的应用    张董莉;刘茂;王炜;李剑峰;

基于湍流尺度的混合RANS/LES模型    李斌;吴颂平;

错位浮环轴承流体动力特性的边界元分析    邢彭龄;杨德全;代玉杰;

错位浮环轴承和螺线浮环轴承流体动力特性的比较    杨德全;代玉杰;

等值面技术在缸内流动三维数值模拟后处理中的应用研究    刘国庆,陈国华,罗马吉,陈小东

基于FLUENT的液体动静压轴承数值模拟    马涛;戴惠良;刘思仁;

大涡模拟在水力机械内流数值模拟中的应用    于波,文吉运

基于Fluent的低雷诺数下翼型数值模拟    张正娟;屠恒章;沈怀荣;

气固两相平面湍流射流的直接数值模拟    夏钧

重型静压推力轴承力学性能及油膜态数值模拟研究    于晓东

川渝地区含硫天然气管道泄漏事故后果模拟研究    刘墨山

超声速/高超声速等离子体流场数值模拟及其电磁特性研究    常雨

氢氧联合循环动力装置涡轮导叶的流动与冷却数值研究    唐祖定

基于FLUENT的动压滑动轴承油膜稳定性研究    涂林

城市燃气管道系统的风险管理研究    孙丽芳

城市地下燃气管道风险评价研究    郭峰

基于MATLAB的高速浮环动静压轴承特性研究    陈昌婷

长大铁路隧道最大坡度折减方法研究    陈彦恒

大水位差架空直立式连续排架结构水流作用力分布及其影响研究    温焰清

天然气管道泄漏扩散事故危害评价    王新

径推联合浮环动静压轴承动特性试验及惯性项下温度场理论研究    许莎

径推联合浮环动静压轴承静特性试验研究及气穴现象的理论研究    石璞

城镇天然气管道泄漏原因分析    李静,汪彤,吕良海

危险物泄漏扩散过程的重气效应    张启平,麻德贤

可爆性气体爆炸极限和爆燃转变成爆轰的研究    胡栋,龙属川,吴传谦,孙珠妹,程新路,王春彦

建筑物对空气污染物扩散影响的研究    郭少为,吴文权

山谷地形流场和扩散的数值研究    吴涧,蒋维楣,王卫国

预测开敞空间蒸气云爆炸强度的CFD模型综述    尹旺华,毕明树,丁信伟

大气扩散系数研究概观    胡正林

建筑物尾流区气流与污染物扩散的数值计算    徐敏,王卫国,蒋维楣

可燃及毒性气体泄漏扩散研究综述    丁信伟,王淑兰,徐国庆

可燃及毒性气体扩散研究    丁信伟,王淑兰,徐国庆

有害物质泄漏扩散的数值模拟    周波,张国枢

高压管道天然气泄漏扩散过程的数值模拟    董刚;唐维维;杜春;杨君涛;于彦飞;

液化危险品储罐泄漏——扩散监测及仿真预警系统    吕武轩,汪国华,王志民,蔡信炎

天然气管道泄漏扩散模型研究    李又绿,姚安林,李永杰

ALOHA软件模拟分析环氧乙烷储罐泄漏事故    相艳景;刘茂;张永强;邬长城;

化学危险性气体泄漏扩散模拟及其影响因素    潘旭海,蒋军成

高炉煤气泄漏扩散过程及中毒事故的风险分析    卫国平;

管道输运高压氢气与天然气的泄漏扩散数值模拟    刘延雷;徐平;郑津洋;赵永志;陈虹港;邓贵德;陈瑞;

建筑物对氯气泄漏扩散影响的数值模拟    吴玉剑;潘旭海;孙智灏;

环境温度对高压储氢罐泄漏扩散影响的数值模拟    刘延雷;郑津洋;徐平;赵永志;陈虹港;

基于GIS的天然气泄漏事故现场人员疏散系统    于彦飞;

水电站GIS电缆层SF_6泄漏防护通风的数值模拟与分析    秦丹;何天祺;刘勇;丁宗果;

液氯泄漏扩散危害性分析    李俊侃;

危险化学品槽车泄漏事故扩散特点与模拟分析    武麟;

大量有毒重气泄漏扩散事故危害评价浅析    石祥;

液氯泄漏扩散后果模拟分析及防范对策    李竹霞;秦言杰;夏昕;

基于GIS、实时气象信息的毒害性气体泄漏扩散模拟技术研究    蒋军成;张明广;

城市氯气泄漏事故的安全距离应用研究    凌英;孙燕;

1350m~3高炉煤气系统严重泄漏的危害程度研究    庞春芬;

埋地管道泄漏三维大地温度场仿真分析    袁朝庆;庞鑫峰;张敏政;

长输天然气管道发展六大特点    楚海虹

青海油田筑牢长输天然气管道度汛屏障    记者 凌须斌

中国石油确定今冬天然气管道运行计划    记者 王晶

北京油气调控中心请专家“把脉”    张立岩通讯员 徐海云

柴达木6条管道气输甘青两省    凌须斌

陕天然气深交所成功上市    李军白亚莉

我市举行液氯泄漏应急救援演练    记者　温希

中石油 长输调控业务整合收尾    张楠

堵住化学品泄漏的“口子”    潘六林

国外输气管道技术发展趋势    张宝兰

大型液化天然气储罐泄漏扩散数值模拟    庄学强

高压氢气快充温升控制及泄漏扩散规律研究    刘延雷

重气扩散过程的数值模拟    魏利军

高原山区地形条件下城市重气泄漏风洞实验与数值模拟    张朝能

大型压力调节阀的动态分析及故障检测研究    安延涛

高含硫气田集输系统泄漏控制与应急方法研究    朱渊

输气管道内检测器设计及理论研究    刘保余

长输天然气管道泄漏扩散的数值模拟    桑博

受限空间天然气泄漏扩散和爆炸的数值模拟    于力

居室天然气泄漏扩散过程仿真研究    赵晶

液化气体储罐泄漏扩散模型的研究及应用    李梅

天然气管道泄漏扩散事故危害评价    王新

液氯储罐泄漏扩散数值模拟研究    严冬

化工企业地震次生毒气泄漏扩散规律及风险评估研究    谢红梅

室内燃气泄漏扩散的数值模拟研究    薛海强

可燃气体泄漏扩散的CFD模拟研究    刘欣

高原开敞空间人工煤气泄漏扩散规律研究    唐蕾