埋地管道泄漏数值模拟分析

针对不同因素对管道泄漏工况的影响进行了模拟研究。管道的铺设方式一般为埋地铺设,长时间埋地管道会因为外力破坏或管道自身老化、腐蚀穿孔等因素造成管道泄漏。管道泄漏时会造成重大压力损失和管道流体的损失,管道大孔泄漏后容易在地面上被检测出来,小孔泄漏不容易被检测出来。因此采用数值模拟方法,通过模型简化,同时考虑计算精度和计算成本,建立了埋地管道小孔泄漏扩散模型。分别研究泄漏压力、泄漏孔径、管道埋深、土壤性质、环境温度、泄漏孔形状和障碍物等因素对埋地管道泄漏扩散的影响。     

埋地天然气管道泄漏量计算与分析

为计算埋地天然气管道泄漏量,获得合理的埋地管道泄漏计算模型与埋地管道土中天然气吸收量,通过分析燃气管道泄漏的模型划分标准,建立等温与等熵模型计算小孔泄漏量。结合天然气管线泄漏强度的实验数据进行对比分析,得出了等熵与等温模型分别为实际小孔泄漏量的上下限;利用菲克定律推导埋地管道泄漏扩散浓度方程,并分析扩散范围,结合工程实例对泄漏量进行计算分析。研究结果表明,小孔泄漏孔径越小,处于爆炸浓度极限的时间越长,危险性越高。根据埋地管道周围土中各点天然气浓度分布规律,提出了土壤吸收量计算方法,改进了地面蒸气云泄漏质量计算方法,结合工程实例定量地给出了土壤的天然气吸收率。     

土壤地下空间耦合下天然气泄漏扩散数值模拟

随着燃气管道数量和规模的增加,由于燃气泄漏至相邻地下空间导致燃气爆炸的事故日益突出。为了研究天然气管道泄漏后气体在土壤和地下空间耦合下的扩散过程及规律,本文采用COMSOL软件中建立燃气管道泄漏在土壤和阀门井中扩散的数学模型,分别研究不同管道压力、土壤孔隙率、泄漏口到阀门井水平距离对燃气泄漏扩散的影响,结果表明：随着管道压力和土壤孔隙率的增加,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间相应减小;不同孔隙率条件下阀门井内甲烷摩尔分数差值逐渐稳定在一个定值;泄漏位置距离地下空间小于12.5 m时,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间小于7天,距离大于12.5 m时阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限需要一周以上的时间。     

天然气管道站场泄漏扩散三维动态研究

针对天然气管道站场中天然气的泄漏扩散对安全生产造成的问题,开展了天然气管道站场中天然气泄漏扩散规律研究。采用专业软件模拟的方法,使用FLACS进行模拟,设置边界条件进行求解,研究不同风速、不同风向及不同泄漏速率对天然气泄漏扩散的影响,并结合天然气行业相关标准对天然气管道站场内可燃性气体位置进行优化。研究结果表明,泄漏速率越大、风速越小时,站场区域内可燃气体体积越大,可燃气体扩散范围越广,危险程度越高,同时,顺风向泄漏的危害程度要小于其他方向。基于计算结果建议收发球筒区的可燃气体探测器应设置在距离收球筒1 m处,高度设置为2m。这一研究为天然气管道站场的安全运行提供了重要理论支撑。     

地质封存中CO2泄漏的非稳态扩散数值模拟研究

针对碳捕集与封存技术中泄漏监测的难点,利用数值模拟方法研究了地质封存中CO2泄漏的非稳态扩散,以及不同的垂直风廓线形式、大气、地形等因素对非稳态扩散模拟结果的影响,探索了地质封存中CO2泄漏扩散的分布规律.研究结果表明:不同风廓线下CO2泄漏的扩散规律基本一致,仅在垂直方向上CO2的体积分数略有差异;大气层结不稳定程度越高,越有利于泄漏气体的扩散;风速越大,扩散达到稳定所需要的时间越短,稳定的CO2的体积分数越小;大气温度越高,同一高度上稳定的CO2体积分数越大,越有利于泄漏气体的垂直扩散;地表面粗糙度越大,越有利于垂直湍流波动的形成,当水平扩散减慢时,CO2达到稳定所需要的时间延长.     

土壤大气耦合的燃气泄漏扩散数值模拟

城市燃气管网大多埋于地下,存在很多难以探测的微小泄漏,是城市公共安全的隐患。该文面向城市地下燃气管网泄漏探测和评估的需求,针对土壤和大气中燃气扩散规律的不同,在OpenFOAM中对不同的控制方程分别进行求解,并通过地面的传质通量将土壤和大气中的扩散过程进行耦合。研究泄漏量对压强和浓度分布的影响、地面对流传质系数对浓度分布和地面传质通量的影响,计算泄漏燃气在城市街道峡谷中的分布情况。结果表明:地面传质通量分布对街道峡谷中的甲烷浓度分布影响很小,为埋地燃气管道泄漏的探测和评估提供了参考和依据。     

煤炭地下气化煤气扩散规律数值模拟研究

对煤炭地下气化原理,气体扩散原理进行分析,以计算流体动力学软件(CFD)为基础,模拟分析CO在不同泄漏速度、不同通风速度的情况下在巷道中的体积分数,得出随着泄漏速度的增大,煤气中毒性增大,发生煤气爆炸的可能性也逐渐增高;随着风速的加大,危险区域会逐渐向下风向和靠近泄漏口一侧偏移的扩散规律。当发生煤气泄漏应采取加大通风来稀释煤气浓度,保证人员安全的措施。     

基于Fluent城市天然气管道泄漏扩散研究

天然气管道发生泄漏会造成一定的危险性,很有可能造成爆炸等危害性极大的事故。通过对泄漏气体危险边界的研究,可以确定天然气泄漏扩散形成的危险区域。本文通过利用Fluent模拟软件对泄漏时间、泄漏孔径和障碍物三种情况进行模拟分析,分析不同工况情况对天然气泄漏扩散的影响,为处理泄漏事故提供理论依据。     

埋地管道泄漏三维大地温度场仿真分析

考虑管道泄漏后渗流场与温度场耦合,建立了埋地管道泄漏前后的三维大地温度场的物理模型及数学模型,给出了合理的热力学及流体力学边界条件.采用FLUENT软件进行埋地管道泄漏前三维稳态温度场的数值模拟,在此基础上进行了埋地管道发生点泄漏的三维瞬态温度场的数值模拟.研究结果表明:埋地管道泄漏,大地温度场变化非常明显,泄漏点附近形成相当大的泄漏热影响区,该特征为光纤光栅温度传感技术及热红外技术检测埋地管道泄漏提供了理论依据.     

桶灌室CS_2气体连续泄漏扩散的三维数值模拟

以某CS_2桶罐储存室为对象,利用Fluent软件对CS_2连续泄漏扩散进行数值模拟,研究CS_2扩散规律及影响因素。结果表明:无风状态下,CS_2扩散速度较小,以泄漏源为中心沿四周近地面扩散且易在墙角积聚;障碍物的存在对CS_2扩散速度有一定的阻碍作用;不同的泄漏位置形成的CS_2爆炸极限范围不同,水平泄漏比垂直泄漏更易积聚,更危险;不同通风速度对CS_2扩散速度影响较大,通风速度越大,泄漏危险域越小。研究结果可对CS_2桶罐储存室室内CS_2泄漏扩散的危险域进行有效预测,为泄漏预警装置安装、防爆叉车主动防护系统的构建及泄漏事故应急方案提供参考。     

埋深对平坦地区天然气管道泄漏的影响研究

针对三维埋地输气管道泄漏扩散问题,对不同埋深的平坦地区天然气管道泄漏情况进行数值模拟。根据单一
变量原则在相同气候条件下,对于不同工况只针对埋深作为单一变量,对忽略埋深的准确性进行论证,并分别研究了
埋深为1.4 m 和2.0 m 工况埋深对地下、地表、和空气中泄漏的影响。研究结果表明：埋深对泄漏的影响非常大,忽略
埋深的工况与埋深为1.4 m 和2.0 m 的工况相比所得出的各项结果都有很大的误差,忽略埋深是不准确的。埋深与扩
散范围、泄漏速度、质量分数、高浓度范围成反比,埋深越小扩散范围、泄漏速度、质量分数、高浓度范围越大。     

三维探地雷达在城市市政管线渗漏探测中的应用

以城市给排水管网基地测试管道为对象,针对一根埋深0.6 m,直径100 mm水管,通过现场实验探讨三维探地雷达(GPR)探测管线渗漏的可行性。实验中在渗漏点附近沿垂直于管线方向布设了31条平行测线,采集了C扫描雷达数据。对比渗漏前后的二维雷达剖面以及雷达数据三维偏移成像图可知,三维探地雷达可更加有效地探测和识别地下目标几何形态,判断由于地下水管渗漏形成的周围土壤浸润区的范围和大小,从而确定渗漏位置。     

氯气管道泄漏源项识别反演问题

 在突发氯气泄漏时,及时充分地掌握泄漏源的源项信息,是科学预测氯气泄漏扩散事故的难点之一,也是控制和管理氯气泄漏事故的一项重要基础性工作。围绕泄漏源反演问题,对有障碍物环境下氯气管道泄漏扩散后的源项反演进行了数值模拟。采用基于Bayes推断理论的MCMC抽样方法,结合某氯乙酸生产厂区生产装置布局及氯气泄漏的扩散模型,对氯气泄漏源的空间位置和氯气泄漏强度等重要参数进行反演。结果展示了泄漏源项信息,通过结果检验得出参数的反演结果均在真实数值范围之内。     

直槽沟埋式管道的垂直土压力计算模型

针对沟埋式管道中的钢塑转换结构件受到土壤载荷作用,容易发生断裂与变形而导致结构件失效,进而导致管道发生泄漏的问题,运用双剪切统一强度理论,推导并建立了适用于刚、柔性埋地管道的垂直土压力计算模型,通过算例对所建模型的有效性进行了分析与验证.研究结果表明:该模型考虑了主应力和回填土的影响,相较于马斯顿理论,该模型计算的压力降低了40%,为直槽沟埋式管道的垂直土压力计算提供一种新方法.     

CO2转子膨胀机泄漏的理论及实验

研究CO2转子膨胀机内高低压间泄漏问题是提高膨胀机效率的途径之一．笔者结合转子膨胀机内常用的平板泄漏模型进行了超临界泄漏的机理分析,结果表明泄漏通道表面形成的油膜使泄漏通道间隙减少,泄漏量降低40％．研制了超临界CO2流体泄漏试件,建立了泄漏实验装置,进行了超临界流体微小通道5μm、10μm和15μm泄漏实验,验证了润滑油对泄漏的影响．实验数据表明,润滑油时膨胀机内部超临界流体泄漏有显著的影响．根据实验结果修正了已有的平板泄漏模型,误差在6％之内．该模型适用于含润滑油的超临界CO2泄漏分析．