城市天然气管道泄漏流场数值分析

【摘要】：随着燃气压力管道工业的发展，天然气、液化石油气以及人工煤气等燃气已成为城镇居民生活能源的主要来源。城市天然气管道在集输过程中，外力破坏、腐蚀以及管道固有因素等原因，引起天然气管道穿孔和破裂失效。一旦发生燃气管道泄漏事故，会妨碍天然气管道安全生产运行、污染环境以及造成巨大的经济损失，还会引起火灾、爆炸、中毒、伤亡等恶性事故，造成人员伤亡等重大事故。基于以上，研究天然气管道泄漏扩散过程对于减小事故危害、应急抢险方案的制定具有重要的现实意义。 基于流体力学理论、多孔介质理论和CFD软件，对城市埋地天然气管道泄漏后的扩散情况进行方法研究和规律分析。首先，对埋地燃气压力管道泄漏成因和泄漏扩散影响因素做总结分析，对射流理论进行分析，确定了埋地管道泄漏的泄漏率计算方法，给出了气体流动的基本控制方程，阐述了多孔介质理论、气体扩散方程等理论；其次，建立了埋地天然气管道泄漏后在大气和土壤中扩散数学模型和物理模型；最后，基于上述模型，采用计算流体力学仿真软件对城市埋地天然气管道不同泄漏过程和介质流场进行模拟计算，对不同运行压力下、不同泄漏孔径、不同泄漏位置以及不同环境温度下甲烷泄漏扩散介质流场进行分析。根据天然气在土壤和空气中的扩散云图确定天然气的危害浓度范围和爆炸浓度范围，同时总结出各种工况下天然气浓度分布规律。对天然气管道泄漏事故的分析，可为此类事故的研究提供一种思路，分析总结的规律对实际应急抢险方案制定具有一定的参考价值。 【关键词】：埋地 天然气管道 多孔介质 泄漏扩散 数值分析
【学位授予单位】：辽宁石油化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE88
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 研究意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.4 研究主要内容15-17
• 2 管道泄漏扩散相关理论17-29
• 2.1 埋地管道泄漏及扩散因素分析17-19
• 2.1.1 埋地管道泄漏因素分析17
• 2.1.2 埋地管道泄漏扩散影响因素分析17-19
• 2.2 湍流射流理论19-21
• 2.2.1 射流的概念和分类19-20
• 2.2.2 湍流射流过程20
• 2.2.3 天然气管道泄漏射流特征20-21
• 2.3 天然气泄漏率计算21-24
• 2.4 气体流动基本控制方程24-25
• 2.4.1 连续性方程24
• 2.4.2 动量方程24
• 2.4.3 能量方程24-25
• 2.5 多孔介质基本理论25-29
• 2.5.1 多孔介质的定义及特点25-26
• 2.5.2 多孔介质基本参数26-27
• 2.5.3 多孔介质的守恒方程27
• 2.5.4 多孔介质的参数设置27-29
• 3 埋地燃气管道泄漏扩散模型建立29-43
• 3.1 CFD 软件介绍29-30
• 3.2 天然气泄漏扩散模型30-43
• 3.2.1 数学模型30-33
• 3.2.2 物理模型33-43
• 4 埋地天然气燃气泄漏模拟结果分析43-65
• 4.1 高压天然气管道泄漏扩散模拟结果及分析43-50
• 4.1.1 无风条件下高压天然气管道泄漏44-45
• 4.1.2 不同泄漏孔大小下高压天然气管道泄漏45-47
• 4.1.3 不同泄漏位置下高压天然气管道泄漏47-49
• 4.1.4 不同环境温度下高压天然气管道泄漏49-50
• 4.2 次高压天然气管道泄漏扩散模拟结果及分析50-57
• 4.2.1 次高压天然气在土壤中扩散51
• 4.2.2 不同泄漏孔大小下次高压天然气管道泄漏51-53
• 4.2.3 不同泄漏位置下次高压天然气管道泄漏53-55
• 4.2.4 不同环境温度下次高压天然气管道泄漏55-57
• 4.3 中压天然气管道泄漏扩散模拟结果及分析57-63
• 4.3.1 不同泄漏孔大小下中压天然气管道泄漏57-59
• 4.3.2 不同泄漏位置下中压天然气管道泄漏59-61
• 4.3.3 不同环境温度下中压天然气管道泄漏61-63
• 4.4 本章小结63-65
• 5 结论与展望65-66
• 5.1 结论65
• 5.2 展望65-66
• 符号说明66-69
• 参考文献69-74
• 附录74-75
• 致谢75-77
• 攻读学位期间发表或参与写作的学术论文目录77

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