高原城市中压天然气管道泄漏扩散的数值模拟
天然气管道泄漏扩散数值模拟研究
价值工程0引言天然气是一种清洁高效能源，在工业生产及生活中广泛应用。
随着天然气用量的急剧增加，天然气管道建设规模也越发庞大，天然气管道泄漏导致的燃烧爆炸，会对管道周围的人员生命财产安全产生严重威胁[1-4]。
因此研究天然气管道泄漏扩散规律，了解环境中天然气浓度分布情况，对减少因天然气泄漏导致的燃烧爆炸事故发生尤为重要[5]。
国内外学者利用计算流体力学方法对气体管道泄漏情况开展了大量研究。
GUPT [6]采用计算流体力学方法对比分析了变泄漏速率条件下天然气管道泄漏和扩散情况。
周宁[7]利用数值计算方法采用k-ε湍流模型计算了不同环境风速和初始泄漏速度下石化管道中丁烷气体的泄漏情况，得到了环境风速和泄漏速率与爆炸危险区域面积的关系。
某电站厂区周围存在天然气管线，天然气管道泄漏产生的气体云团爆炸易对电厂建筑造成一定的破坏，而天然气泄漏爆炸的实验成本极高，难以实现。
因此本文采用数值模拟方法，利用ANSYS fluent 软件计算研究天然气管泄漏后气体浓度分布，为制定有效的风险防控方案提供支撑。
1模型建立1.1网格划分天然气管道与某电厂区域三维空间大小为5000m×3000m×2000m ，包含泄漏管道、厂区建筑以及外部大气空间。
根据物理模型进行计算域网格划分，为了提高计算精度，对泄漏管道及附近区域、厂区建筑进行网格加密，网格总数为82.64万，网格划分如图1所示。
1.2计算条件本文主要研究天然气管道完全破裂情况下天然气泄漏扩散情况，管道泄漏直径设置为DN600，天然气管道初始压力为4MPa 。
天然气管道及电厂所在地年平均风速为2.1m/s ，气象最不利条件风速为1.5m/s 。
天然气管道泄漏点上游2.3km 和下游9.3km 分别存在一个阀室和调压站，可以在发生泄漏68秒时刻将上下游阀门关断。
天然气主要成分甲烷CH 4，计算域入口为速度入口，地面为wall ，其他边界均为压力出口。
基于纳维斯托克斯组的质量守恒、动量守恒、能量守恒方程构建数学模型，采用有限体积法进行求解。
天然气管道泄漏扩散及爆炸数值模拟研究
天然气管道泄漏扩散及爆炸数值模拟研究天然气是一种常用的清洁能源，被广泛应用于家庭、工业和交通等领域。
然而，天然气管道泄漏和爆炸事故的发生仍然是一个非常严重的安全隐患，可能造成人员伤亡、财产损失以及环境污染。
因此，对于天然气管道泄漏扩散及爆炸过程进行数值模拟研究是极为重要的。
首先，我们需要了解天然气泄漏扩散的基本原理。
当管道发生泄漏时，高压气体会迅速从裂口中射出，形成一个高速喷射。
气体在喷射过程中会与周围环境的气体混合，形成一个气体云。
这个云的形状和扩散速度受到气体的物理性质、环境条件和泄漏口特征等因素的影响。
为了模拟天然气泄漏扩散过程，我们可以采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）方法。
CFD是一种数值模拟方法，可以通过计算流体的运动和相互作用来研究液体或气体流动的物理现象。
在天然气泄漏扩散数值模拟中，我们需要建立一个包含管道和周围环境的计算域，通过对流体流动方程的求解来模拟气体的流动和扩散过程。
在模拟过程中，我们需要输入一些基本的参数，如天然气的初始压力和温度、泄漏口的直径和位置、周围环境的温度和风速等。
这些参数将直接影响到气体泄漏扩散的现象。
通过调整这些参数，我们可以研究泄漏过程中不同因素的影响，并找出最有利于安全的操作方法。
此外，我们还需要考虑到天然气泄漏可能引发的爆炸事故。
当天然气与空气形成可燃混合物，并且达到一定的浓度范围时，一旦有火源引燃，就会发生爆炸。
因此，对于可燃气体的浓度分布和爆炸扩散速度进行数值模拟也是必要的。
在爆炸数值模拟中，我们需要考虑爆炸的燃烧模型和爆炸产生的冲击波传播。
燃烧模型可以描述可燃气体的燃烧过程，包括燃烧速率、热释放和气体生成等。
冲击波传播可以用于预测爆炸产生的冲击力对周围结构物的影响。
通过对天然气管道泄漏扩散和爆炸过程的数值模拟研究，我们可以得到以下几方面的结论和建议：首先，我们可以预测和评估天然气泄漏事故的严重程度和影响范围。
压力对管道天然气泄漏扩散影响的数值模拟
和彻体力矢量 ; u 为速度矢量 ;p 为压力 ; T 为温度 ;
ρ为密度 ; kc 为流体传热系数 ; cp 为比热容 ; ST 为粘
性耗散项 ;cs为组分 s 的体积浓度 ;Ds 为该组分的扩
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气体扩散的模型主要有经验模型 、箱模型 、相似 模型和计算流体力学模型等 。而经验模型和箱式模 型适用于平坦地形 ,计算流体力学模型则从原理上 能够模拟复杂地表对于流动的影响 ,并克服了箱及 相似模型辨识和模拟空气卷吸 、气云受热时遇到的 问题[1 ,2] 。Fluent 是计算流体力学模型软件 , 已广 泛应用与污染物扩散研究 ,且模拟结果和风洞实验 观测结果吻合[3 ] 。利用 Fl uent 软件 ,刘延雷等[4 ,5 ] 对高压管道氢气与天然气的泄漏进行了数值模拟比 较 ,并研究了障碍物对扩散的影响 。于洪喜[6] 等对 高含硫天然气管道泄漏扩散进行了研究 。
通过求解流体动力学控制方程以及一些附加方程
(如湍流输运方程) ,获取研究空间内速度 、压力 、温
度 、浓度等参数信息 。针对天然气管道的泄漏 ,本文
采用不发生反应的组分输运模型 ,湍流模型计算有
风条件下不同泄漏压力对天然气扩散的影响 。控制
方程如下 :
连续性方程 :
5ρ 5t
+
·(ρu) = 0
(1)
21 2 模拟方法
本文根据场景的对称性 ,建立以泄漏口为中心 , 上 、下风向各取 500m ,高度为 1500m 的计算域进行 二维非定常态模拟 。采用 Gambit 划分非结构 网 格 ,使泄漏口附近网格比较密集 。
高压天然气管道泄漏扩散 CFD 数值模拟
高压天然气管道泄漏扩散 CFD 数值模拟周伟国;刘东京;滕卯寅【摘要】为了降低天然气管道泄漏对环境造成的危害，采用FLUENT软件对高压天然气管道泄漏后甲烷扩散特性进行数值模拟，分别模拟了稳态及非稳态时甲烷浓度分布及速度分布情况；探究不同管道压力和外界风速对天然气泄漏扩散过程的影响，并通过速度分布图和甲烷浓度分布图分析天然气的扩散特性和区域。
结果表明：管内压力越大，甲烷射流出口速度越大，甲烷扩散区域越大；风速越大，甲烷的偏转角度越大，在空气中扩散得越快。
%With the objective of reducing the damages of pipeline gas leakage to the environment , numerical simulation on gas diffusion feature of high-pressure piping was performed with FLUENT .The methane concentration and velocity profile at the steady and unsteady state were simulated , respectively .The influences of tubing pressure and wind velocity on gas leakage were investiga -ted,and the gas diffusion feature and area of nature gas were analyzed via the velocity profiles and methane concentration profiles . The results show that the bigger the tubing pressure is , the larger the outlet velocity of jet flowis ,and the larger the diffusion area is.The bigger the wind velocity is, the larger the deflection angle is , the faster the gas diffusion rate is .【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P5-8)【关键词】高压管道;天然气;管道泄漏;气体扩散;CFD【作者】周伟国;刘东京;滕卯寅【作者单位】同济大学，上海 200092;同济大学，上海 200092;同济大学，上海200092【正文语种】中文【中图分类】TE973近年来，随着天然气开发和利用的飞速发展，国内己建成天然气输送管道约2万km。
天然气长输管道泄漏扩散的数值模拟的开题报告
天然气长输管道泄漏扩散的数值模拟的开题报告一、选题背景天然气管道作为油气输送的重要途径之一，其安全性一直备受关注。
然而，长输管道泄漏事故时有发生，如2018年中国管道燃气泄漏爆炸事故，造成30人死亡、100多人受伤。
因此，对长输管道泄漏扩散过程进行数值模拟，对于管道事故的预警、预防和应急处置等方面都具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在利用数值模拟方法，研究长输天然气管道泄漏扩散的过程，探究泄漏位置、管道输送介质、风向等因素对泄漏扩散的影响，为管道事故的安全管理提供依据。
三、研究内容1. 收集天然气管道泄漏的相关资料，包括事故数据、管道参数、环境条件等；2. 寻找合适的数值模拟方法，建立天然气管道泄漏扩散数学模型；3. 进行数值模拟的计算，分析泄漏扩散过程中温度、浓度等参数的变化规律；4. 探究泄漏位置、管道输送介质、风向等因素对泄漏扩散的影响；5. 提出相应的管理建议和安全预防措施。
四、研究方法本研究采用数值模拟方法，主要包括CFD模拟和传输模型两个部分。
CFD模拟主要用于计算泄漏扩散过程中空气流场、温度场、浓度场等参数，传输模型则用于估算泄漏物质在环境中的扩散速率和浓度分布。
同时，本研究还将借鉴实验室的相关研究成果，以验证数值模拟的准确性。
五、研究预期成果通过本研究，预计能够：1. 研究出长输天然气管道泄漏扩散的数值模拟方法，并建立数学模型；2. 通过数值模拟，分析泄漏扩散过程中温度、浓度等参数的变化规律；3. 分析泄漏位置、管道输送介质、风向等因素对泄漏扩散的影响；4. 提出相应的安全管理建议和安全预防措施，为管道事故的应对提供依据。
六、研究重点难点1. 建立科学合理的数学模型；2. 精确获取泄漏物质的类型、量、速率等参数；3. 确定环境条件，包括风向、风速、温度、湿度等；4. 解决数值模拟过程中的复杂计算和数据处理问题。
七、研究计划时间节点|研究内容-|-1-2个月|收集天然气管道泄漏相关资料，确定数值模拟方法，建立初步的数学模型3-4个月|进行数值模拟计算，分析泄漏扩散过程中温度、浓度等参数的变化规律，探究泄漏位置、管道输送介质、风向等因素对泄漏扩散的影响5-6个月|验证数值模拟的准确性，提出相应的管理建议和安全预防措施7-8个月|整理研究结果，撰写论文，进行论文答辩八、研究意义本研究可通过数值模拟方法，探究天然气长输管道泄漏扩散过程中的物理规律和影响因素，为管道事故的预警、预防和应急处置等方面都具有重要意义。
高压天然气管道泄漏扩散CFD数值模拟
ａ ｎ ｄ ｕ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ，ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ．Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｕ ｂｉ ｎｇ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｎ ｄ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｎ ｇ ａ ｓ ｌ ｅ ｋａ ａ ｇ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ —
ｔ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｇ ｓ ａ ｄ ｉ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｅ ａ ｏ ｆ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｇ ａ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｎａ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｖ ｉ ａ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｐ ｒ ｏ ｉ ｆ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｔ ｈ ｎｅ ａ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｉ ｆ ｌ ｅ ｓ ．
２ ０１ ５Ｅｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ
２ ０１ ５ Ｎｏ ． ５
第 ５ 期
Ｐｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕｅ
高压 天然 气 管 道 泄 漏 扩 散 Ｃ Ｆ Ｄ数 值 模 拟
城镇埋地燃气管道泄漏扩散的流场数值模拟
城镇埋地燃气管道泄漏扩散的流场数值模拟城镇埋地燃气管道泄漏扩散的流场数值模拟引言：随着城镇化进程的加快，天然气已经成为我国的主要能源之一。
然而，燃气管道的泄漏事故时有发生，给城镇居民和环境带来了巨大的安全隐患。
因此，研究燃气泄漏的扩散规律，对于提高城镇燃气管道的安全运行具有重要意义。
本文将通过数值模拟，探究城镇埋地燃气管道泄漏扩散时的流场特性及影响因素。
方法：本研究采用计算流体力学（CFD）方法，建立了城镇埋地燃气管道泄漏扩散的数值模型。
模拟计算采用了RANS（Reynolds Average Navier-Stokes）方法，通过对流动场和浓度场的计算，获得了泄漏气体的流场特性及浓度分布。
在模拟中，考虑了多重因素对泄漏扩散行为的影响，包括环境风速、管道周围建筑物的遮挡效应和地面粗糙度等。
结果：模拟结果显示，泄漏气体在管道附近形成了一个较为明显的流动区域。
在周围建筑物遮挡的情况下，这个区域明显受到了阻碍，泄漏气体扩散速度较慢。
与此同时，环境风速的增加对泄漏扩散具有显著影响，较高的风速会加速泄漏气体的扩散。
地面粗糙度也会导致泄漏气体的速度下降，但其影响相对较小。
讨论：城镇燃气管道泄漏扩散的流场特性与泄漏源的位置、周围建筑物的布局以及环境风速等因素密切相关。
在设计和建设燃气管道时，应充分考虑以上因素，减少泄漏事故的发生可能性。
此外，合理的安置泄漏检测装置和应急处理设施，对于及时发现和应对管道泄漏具有重要意义。
结论：通过数值模拟，我们可以模拟城镇埋地燃气管道泄漏扩散的流场特性，并揭示了多个因素对泄漏扩散的影响。
这些结果对于提高城镇燃气管道的安全性具有重要意义。
在今后的研究中，可以进一步考虑更多的因素，提高数值模拟的精度，并结合实地观测数据进行验证，以更好地指导管道设计和安全管理工作通过数值模拟研究，我们成功获得了城镇埋地燃气管道泄漏气体的流场特性和浓度分布。
结果显示，在考虑多重因素的情况下，包括环境风速、周围建筑物的遮挡效应和地面粗糙度等，泄漏气体在管道附近形成了一个明显的流动区域。
室内天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟
漏 气 城 响扩 事 市 城散 故燃市进 高气的行 达的和模 6发谐成拟展发以研也展上究产[， 3]具 。生室有因了内重此巨燃要，大烧意对的ห้องสมุดไป่ตู้义室负炸。内面的天作频然用繁˄气，发ϭᔿ˅管严生ѝ䍘˖道 重 䟿，ᔿXᆸ[影 泄 对ѝᚂX˖\ᯩXX[〻]X࠶\࡛X]㺘࠶皮w࡛式wwUwW[㺘UW中皮\ww： w]w[ UWwᯩU wU\[Xu[ੁX[x]w[， кᯩ wU[ੁⲴXuw[wyк䙏 ，wUwUⲴ\ᓖX\Xwu\䙏\࠶ zwU分ᓖ\X䟿\࠶ww别 ˈ 䟿wwUUP]]表 XwXˈV ]]˗wUP 示]XWV]㺘˗ xW皮， 㺘 ᰦ皮y䰤，ᰦˈ䰤zV方ˈ˗Vȡ˗向㺘ȡ上皮㺘（皮ᇶ的ᇶᓖ1速ᓖ）ˈˈ度
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目前，国内外很多学者对天然气管N道JͬᔿP泄ѝ DŽN漏˖JͬXP扩[DŽX散\ X] ࠶࡛分㺘皮量[， \m ]/ᯩs；ੁtк表Ⲵ示䙏时ᓖ࠶间䟿，ˈPs；V˗ρW表㺘示皮ᰦ密䰤度ˈ，V˗kȡg㺘/m皮3。ᇶᓖˈ
燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟
城镇燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟韩克顺天津城市建设学院天津摘要: 城镇燃气管道的分布区域人口及建筑众多,燃气管道一旦发生泄漏,将有可能造成重大的财产损失甚至人员伤亡。
因此,为了量化城镇燃气泄露危害,针对管道不同的破坏情况及气源建立了燃气泄漏各种源模型以及扩散模型,并且建立了燃气管线动态泄漏扩散模型及伤害性危险围。
对第三方破坏所造成的城镇燃气管道泄漏模型进行了模拟,采用CFD技术对管道泄漏燃气的扩散进行模拟研究,获得了泄漏气体的扩散数值模拟结果,为城镇燃气管道安全运行提供了理论依据。
关键词:燃气管道; 泄漏; 泄漏模型; 扩散模型; 数值模拟Abstract: The areas that city gas pipelines distributed in always crowd with people and buildings, and once gas releases through damaged pipes, accidents would happen involving substantial economic losses and even victims amongst the population. Therefore, in order to quantify the hazards of city gas leak, different leakage and diffusion models were established according the characters of gas and the damage. The diffusion model of unsteady leakage of gas pipeline and the damaging and destroying areas were established. Based on the computational fluid dynamics (CFD) technique the diffusion range of leaked gas during accident of underground gas pipeline that caused by the third party damage was studied. According to the results, the dispersion of the leaked gas was obtained and providing the theory basis for safety operation of city gas pipelines.Key words:Gas pipelines; Leakage; Leakage model; Diffusion model; Numerical simulation由于管道老化、腐蚀、管材和焊缝缺陷等原因,尤其是随着市政建设的发展,城镇违章施工挖断、压裂燃气管道的事故屡见不鲜,泄漏事故频发,引发火灾及爆炸事故,造成人员伤亡及环境污染的恶劣后果。
城镇天然气管道泄漏扩散的CFD模拟及后果分析
城镇天然气管道泄漏扩散的CFD模拟及后果分析作者：张建亮来源：《中国化工贸易·上旬刊》2020年第05期摘要：随着我国天然气不断的开发与普及，城市天然气管道网络变得非常复杂。
因为城市天然气管道网络普遍铺设在建筑物以及人口稠密地区，所以如果天然气管道网络泄漏引发事故，将会对城市建筑以及群众生命安全造成严重损失。
通过理论分析，建立了城市天然气管道泄漏扩散模型。
CFD数值模拟和实验验证，实验结果和模拟结果均在允许误差范围内，掌握天然气泄漏扩散规律，可以准确预测，评估和控制泄漏事故，从而减少天然气管道事故的发生。
关键词：城镇燃气;泄漏;CFD数值模拟;实验论证天然气管道的爆炸过程的研究在实际中具有非常重要现实意义。
根据计算机的技术、数学模型、爆炸学、热学、流体分析力学，建立相关城市、街道天然气管道网络发生泄漏的模型以及扩散的模型[1]，通过CFD数值应用软件模拟实际情况进行计算，通过计算结果分析管网泄露发生扩散的实际规律，并分析出管网扩散、渗漏出现危险的区域。
使用相应的软件对模拟所得结果加以验证，从而获得准确、快捷的CFD模拟分析计算方法，最终获得管网泄露预防、应急处理的理论基础。
1 CFD数值模拟手段及过程1.1 CFD应用软件综述利用CFD软件进行处理要分以下步骤：①进行预处理工作;②进行求和;③进行最后的处理，分别由预处理器FLUENT，求解器GAMBIT和后处理器TECPLOT计算。
1.2 流体力学计算求解过程流体力学的求解过程一般为：①确定需要计算的相关目标。
确定想要经过计算得到需要的结果;②选择最佳的模型计算。
使用简化物理模拟模型，明确区域计算以及区域计算的标准条件;③利用FLUENT选择需要的物理量模型，如选择湍流物理量模型，确定其是非稳态还是稳态，确定模型是否进行能量的交换;④明确操作过程。
明确是否能够应用现有算法与公式进行求解，在求解的过程中是否进行参数的修改或者添加。
经过上述计算进行分析，将得到一个关于问题的判断结果，如果通过上述分析明确了问题的原因，就能够进行相应的模拟流程。
城市燃气管道泄漏数值模拟和实验分析
城市燃气管道泄漏数值模拟和实验分析摘要：针对城市燃气管道泄漏的问题,提出了一种基于有限元法的管道泄漏模型。
通过对管线进行网格划分并施加边界条件,建立了管道泄漏三维模型。
利用该方法计算出了不同位置处的应力分布云图、位移变化曲线及温度场分布云图等;同时还研究得出了泄漏点处的最大压力值及最小压力值,为管道泄漏事故的应急处置提供依据,从而有效地降低了管道发生爆炸的概率以及造成人员伤亡的可能。
最后,将此次仿真结果与实际工程中泄漏数据对比发现,所建模型具有较高的准确度,可以很好地反映管道泄漏情况,提高了管道的安全性能,也使得人们在日常生活中能够更加放心使用天然气资源,减少不必要的损失。
关键词：城市燃气；管道泄漏；数值模拟；实验分析引言在进行燃气管道泄漏事故处理过程时,由于受到各种外界因素影响而导致其发生泄漏现象。
其中主要包括以下几种情况:(1)天然气管道本身存在缺陷或是管道内部出现了一些杂质等问题都会使得管内压力降低,从而造成管道内的气体流动不通畅;(2)当天然气管道中含有大量的水分时会对管道产生一定程度上的腐蚀作用;(3)如果是因为人为因素所造成的泄露则可能会引起火灾事故或者是爆炸事故。
因此,为了能够更好地预防燃气管道泄漏事故,需要采取相应措施来减少这些风险事件的发生。
下面就以某一地区的天然气泄漏事故作为研究对象展开具体分析。
1 城市天然气管道泄漏理论及数值模型1.1 控制方程以及边界条件1.1.1 标准k-ε模型在标准k-ε模型中,气体为理想不可压缩牛顿流体。
该模型是基于达西定律建立的,其基本假设如下:(1)连续性方程;(2)质量守恒方程、能量守恒定律、动量守恒定律以及能量方程等均适用于任何非稳态流场。
因此,可以通过求解上述方程来获得任意时刻的流动状态参数。
对于一个已知速度场分布的三维空间内的多相流问题,可采用欧拉法来进行离散处理[1]。
1.1.2 边界条件1)出入口边界条件(1)出入口边界条件设定为“两堵一注”。
城镇燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟
作 者 简 介 ： 浩 力 （ ８卜 ） 男 ． 北 邢 台 市 ． 读 硕 士 程 １ ９ ． 河 在
通 讯 联 系人
模 拟 管 道 温 度 场 及 泄 漏 的 Ｃ Ｄ 方 法 进 行 了 城 ｊ Ｆ
燃 管道泄 漏模 拟 。
ｌ 模 型 分 析
ｐ ｐ ｌｔ ｎ ｏ ｕ ａ ｉ ．Ｔｈ ｒ ｆ ｒ ，ｉ ｒ ｅ ｏ ｑ ａ ｔ ｙ ｔ ｅ ｈ ｚ ｒ ｓｏ ｉｙ ｇ ｓ ｌａ ｏ ｅ ｅ ｏ ｅ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｕ ｎ ｉ ｈ ａ ａ ｄ ｆ ｔ ａ ｅ ｋ，ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｅ ｋ ｇ ｎ ｉ ｕ ｉｎ ｍｏ ｅ ｓｗｅ ｅｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ ｆ ｃ ｉ ｒ ｎ ａ ａ ｅａ ｄ ｄ ｆ ｓ ｄ ｌ ｒ ｓ ａ ｌ ｅ ｆ ｌ ｆ ｏ ｓ
胀任 意点处 的质 量流率 ： ］
ＱＣ ＝ 。
ｆ ）（）Ｊ （ Ｃｋ 肌 ｋｌ ￣ ￣ ／
（ ） １
压破 裂 ， 于大面积 泄漏 ， 漏 １面 积通常为 管道截 属 泄 ３
面 积 的 ８ ～ １ ０ ０ ０ 。开裂 泄 漏 瞬 时 泄 漏 量 大 ，
式 中， Ｑ为气体通 过孔洞 的 质量 流量 ，ｇ ｓ Ｃ 为 气 ｋ ／； 。 体 泄漏系 数 ， 一般取值 范 围在 ０ ６ １０ ． ～ ． 。当裂 口形
摘 要 ： 城 镇 燃 气 管道 的 分 布 区域 人 口及 建 筑 众 多 ， 气 管 道 一 旦 发 生 泄 漏 ， 有 可 能 造 成 重 大 的 财 产 损 失 燃 将 甚 至 人 员伤 亡 。 因此 ， 了量 化 城 镇 燃 气 泄露 危 害 ， 对 管 道 不 同的 破 坏 情 况 及 气 源 建 立 了燃 气泄 漏各 种 源 模 型 以 为 针 及扩散模型 ， 并且 建 立 了燃 气 管线 动 态泄 漏 扩 散 模 型 及 伤 害 性 危 险 范 围 。对 第 三 方 破 坏 所 造 成 的 城 镇 燃 气 管 道 泄 漏 模 型 进 行 了模 拟 ， 用 ＣＦ 技 术 对 管 道 泄 漏 燃 气 的 扩 散 进 行 模 拟 研 究 ， 得 了泄 漏 气 体 的 扩 散 数 值 模 拟 结 果 ， 采 Ｄ 获 为 城 镇 燃 气管 道 安 全 运 行 提 供 了理 论 依 据 。
天然气管道泄漏扩散模型及危害分析
１ ． １ 高 压天 然气 管道 泄漏 量 的计 算 本 文讨 论 的是城 市 高压 天然 气 管道 ，小孔 径泄 漏 事 故发 生概 率 偏大 并 且考虑 隐蔽泄 漏模 式 ，故 采
用 小孔泄 漏模 型 。 管道 小孔 泄漏 见 图 ｌ 。
９ 一
— —
泄漏 质 量流 量 ，ｋ ｇ ／ ｓ ； 流 量 系数 ，可 以取 ０ ． ９ ０ ～ ０ ． ９ ８ ；
泄 漏孔 口直 径 ，ｍ；
ｐ ２ — — 点 ２处 的燃气 绝对 压 力 ，Ｐ ａ ；
— —
Ｃ Ｈ４ 的气 体 常数 ，５ １ ７ ． １ Ｊ ／ （ ｋ ｇ ・ Ｋ１ ： 点 ２处 的燃 气温 度 ，Ｋ：
—
—
卜
燃气 的等 熵指 数 ，取 １ ＿ ３ ；
ｐ ３ — — 点 ３处 的燃气 绝 对压 力 ，Ｐ ａ 。
天然气扩散
危 害区域
０ 引言
图 Ｉ中 ：Ｉ为管道 起 点 ，２为 泄漏 点入 口，３为 泄漏 点出 口截面 上 的点 ，ｄ为 泄漏 孔直径 。
孔 口泄漏 流 量 ｇ ｍ 计 算 公式 如下 ：
当 ｐ ＝ ） 时：
随着 上海 市 近郊 和郊 区 新城 的建 设 ，城 市建 设
组份 输运模 型来求 解这 种无 反应 的物 质 混合 问题 ， 混 合 气体选 定 ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ — ａ ｉ ｒ 模型， 气 体条 件选 取可 压
缩 气 体（ ｉ ｄ ｅ ａ １ ． ｇ ａ ｓ ） 作 为气 体特 性条件 。
２ ． ５ 不 同参 数条 件对 天然 气扩 散范 围的影 响
用 地 正在 逐渐 向高压天 然 气 管线靠 近 。当高 压天 然 气 管线 受 到外 力破 坏或 因 自身原 因发 生泄漏 后 ，天 然 气 泄 漏 到大 气 中 与 空气 混 合 将会 引 发 火 灾 或 者
城镇地下燃气管道泄漏及大气空间扩散的数值模拟研究
城镇地下燃气管道泄漏及大气空间扩散的数值模拟研究城镇地下燃气管道泄漏及大气空间扩散的数值模拟研究摘要：城镇燃气管道泄漏会对周边环境、人体健康和生命财产造成严重危害，因此对燃气泄漏扩散进行数值模拟研究，已成为预防和应对燃气事故的重要手段之一。
本文以某城市管道燃气泄漏事故为例，建立了基于ANSYS CFX软件的三维数值模型，对燃气泄漏过程和扩散规律进行了模拟分析。
研究结果表明：管道燃气泄漏气体吸热量很大，导致温度骤降，地面沉降严重；泄漏气体呈现非对称向周围平面扩散，且垂直高度分布呈现中间高两端低的“烟囱效应”；泄漏气体扩散距离与天气条件、排放口高度等因素均有关系，需要给出相应的应急措施和空气质量评价。
关键词：城镇燃气管道；泄漏；数值模拟；扩散规律；应急措施；空气质量评价1.引言随着城市化进程的加快，燃气作为清洁、经济、方便的能源，已成为城镇居民生活中不可或缺的一部分。
但在燃气输送、储存和使用过程中，可能会因各种原因发生泄漏，进而导致燃气爆炸、中毒、火灾等重大事故。
据统计，我国每年因燃气事故造成的人员伤亡和财产损失都十分惊人，故对城镇燃气管道泄漏扩散进行数值模拟研究已成为燃气事故预防和应对的重要手段之一。
2.研究方法本文以某城市高压管道燃气泄漏事故为例，建立了基于ANSYS CFX软件的三维数值模型。
该模型以燃气管道中的压缩天然气（CNG）为溢出物，以地面和周围建筑物为边界，考虑环境湍流流场、热传导、固体流场相互作用等因素，通过数值求解获得溢出物扩散的流场速度、压力、温度等参数。
同时，为考虑实际情况，本文将燃气排放口设置在不同的高度（如2m、4m、6m）进行了模拟分析，并结合气象数据给出了应急措施和空气质量评价。
3.模拟结果与分析模拟分析表明，管道燃气泄漏气体吸热量很大，导致温度骤降，地面沉降严重，且泄漏气体呈现非对称向周围平面扩散，且垂直高度分布呈现中间高两端低的“烟囱效应”。
具体地，在排放口高度为6m时，泄漏气体的峰值浓度约为2.5E-2（kg/m3），而在2m和4m时分别为5.7E-3（kg/m3）和1.2E-2（kg/m3），说明排放口高度对泄漏气体扩散距离和浓度具有重要影响。
燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟
城镇燃气管道泄漏扩散模型及数值模拟韩克顺天津城市建设学院天津摘要: 城镇燃气管道的分布区域人口及建筑众多,燃气管道一旦发生泄漏,将有可能造成重大的财产损失甚至人员伤亡。
因此,为了量化城镇燃气泄露危害,针对管道不同的破坏情况及气源建立了燃气泄漏各种源模型以及扩散模型,并且建立了燃气管线动态泄漏扩散模型及伤害性危险范围。
对第三方破坏所造成的城镇燃气管道泄漏模型进行了模拟,采用CFD技术对管道泄漏燃气的扩散进行模拟研究,获得了泄漏气体的扩散数值模拟结果,为城镇燃气管道安全运行提供了理论依据。
关键词:燃气管道; 泄漏; 泄漏模型; 扩散模型; 数值模拟Abstract: The areas that city gas pipelines distributed in always crowd with people and buildings, and once gas releases through damaged pipes, accidents would happen involving substantial economic losses and even victims amongst the population. Therefore, in order to quantify the hazards of city gas leak, different leakage and diffusion models were established according the characters of gas and the damage. The diffusion model of unsteady leakage of gas pipeline and the damaging and destroying areas were established. Based on the computational fluid dynamics (CFD) technique the diffusion range of leaked gas during accident of underground gas pipeline that caused by the third party damage was studied. According to the results, the dispersion of the leaked gas was obtained and providing the theory basis for safety operation of city gas pipelines.Key words:Gas pipelines; Leakage; Leakage model; Diffusion model; Numerical simulation由于管道老化、腐蚀、管材和焊缝缺陷等原因,尤其是随着市政建设的发展,城镇内违章施工挖断、压裂燃气管道的事故屡见不鲜,泄漏事故频发,引发火灾及爆炸事故,造成人员伤亡及环境污染的恶劣后果。
高后果区天然气管道泄漏扩散的数值模拟
高后果区天然气管道泄漏扩散的数值模拟付邦稳;蒋宏业;别朗;姚安林;徐涛龙【摘要】高后果区具有人口密度大及建构筑物集中的特点,其内的天然气管道一旦发生泄漏,人员伤亡及财产损失相对于其他地区更为严重.应用Fluent软件对某高后果区天然气管道泄漏扩散进行二维稳态数值模拟,分析了天然气管道在不同风速、不同泄漏位置以及不同输气压力时的泄漏扩散情况.模拟结果表明,风速对甲烷的扩散有较大的影响,随风速增大,甲烷爆炸范围有先增大后减小的趋势,甲烷扩散的敏感风速为3 ～5 m/s.管道的泄漏位置对甲烷的扩散影响也较大,管道背风侧泄漏时,两建筑物均处于爆炸范围内,危险性较大;管顶泄漏时,建筑物周围甲烷体积分数较高,易使人窒息;管底泄漏时,大量甲烷聚积在泄漏口附近,爆炸范围较小.甲烷泄漏扩散时,爆炸下限高度随管道输气压力的增大而升高,甲烷扩散的敏感压力为5～6 MPa.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2018(038)011【总页数】6页(P后插12-后插17)【关键词】高后果区;天然气管道;泄漏扩散;数值模拟;爆炸范围;输气管道【作者】付邦稳;蒋宏业;别朗;姚安林;徐涛龙【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500;中国石化管道储运有限公司,江苏徐州221008;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500;川庆钻探工程有限公司国际工程公司,四川成都610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500;油气消防四川省重点实验室,四川成都610500;西南石油大学石油与天然气工程学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE8321 概述高后果区是指如果管道发生泄漏会危及公众安全，对财产、环境造成较大破坏的区域[1]。
GB 50251—2015《输气管道工程设计规范》将管道沿线地区划分成4个等级，其中三级和四级地区人口密度相对集中。
根据中国石油天然气集团公司的企业标准Q/SY 1180.2—2009《管道完整性管理规范》以及美国交通运输部的法规49CFR192《管道安全法天然气部分》，高后果区应纳入三级地区或四级地区。
天然气管道泄漏扩散模拟
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的天然气 管 道泄漏 孔 处 的质量 流 量 ， 通过 Ｃ Ｆ Ｄ 模 拟计算 软 件建 立 了 ２种 常见 的高原 城市 天然
管 道泄 漏 模 型 ， 得 出了在 高原 气压 下 不 同压 力 等 级 城市 天 然 气 管道 的泄 漏扩 散 规 律 ， 为 高原
＋ Ｖ・（ ）一 ０
‘
（ １ ）
式 中： ｐ为 密 度 ， ｋ ｇ ／ ｍ。 ； ｔ为 时 间 ， ｓ ； 分 别 为
ｘ、 Ｙ 、 ｚ方 向 的速 度分 量 ， ｍ／ ｓ 。 （ ２ ） 动 量守恒 方程 ：
ｌ Ｄ
（ 十 ・ Ｖ “ ） 一 一 Ｖ ｐ ＋ ， ｕ Ｖ Ｚ ｕ ＋ （ ２ ）
ＭＰ ａ 之间 ； Ｂ级 ： 管 内压 力 在 ０ ． ０ １ ＭＰ ａ ＜声 ≤
０ ． ２ ＭＰａ之 间 ［ ２ － ３ ］ 。
１ 模 型 的 建 立
：
ｄ
李 朝 阳等 ］ 对架 空敷设 和埋 地 敷设 天然 气
第 ２ ３ 卷
第 ３ 期
北 京石 油化 工学 院学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ
Ｐｅ ｔ ｒ ｏ — ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏｌ ｏ ｇｙ
Ｖｏ Ｉ ． ２ ３ ＮＯ ．３
城 市天 然气 管道 泄漏 事故 的抢 险和救 援提 供理
论 依据 。
全 应 用 将会 使 高 原 人 民逐 步 用 上更 加 安全 、 环
保、 经 济 的清 洁 能 源口 ］ 。城 市 中压 天 然 气 管 道 可分 为 Ａ 级 ： 管 内压 力 在 ０ ． ２ ＭＰ ａ ＜ Ｐ≤ ０ ． ４
管道 泄 漏 的气 体 运 动 规律 进 行 了研 究 ， 得 出了 泄漏气 体 的扩散 规律 。程 猛猛 等 对架 空天 然 气 管道 的 泄漏 扩 散 进 行数 值 模 拟 ， 得 出 了天 然
气管 道不 同泄漏 位 置 的天 然气 泄漏 规律 。秦 政 先¨ ６ 对 天 然气管 道 泄漏及 爆炸 进行 了较 为全 面 的二 维 数 值模 拟 研 究 ， 总 结 出天 然 气 扩散 的主
数值模拟 ， 并 得 到 了泄 漏 后 ＣＨ 的 体 积 分 数 分 布 和 危 险 区 域 。研 究 结 果 表 明 ： 高 原 城 市 中压 Ａ 天 然 气
管 道 泄 漏 孔 处 的质 量 流量 与平 原地 区 一 致 ， 不受气压影 响 ， 高 原 城 市 中压 Ｂ天 然 气 管 道 泄 漏 的危 险 区 域 随 时 间 的增 加 保 持 不 变 或 变小 。 关键词 ： 高 原 中压 天 然 气 管 道 ；风 速 ；高 层 建 筑 物 ；数 值 模 拟
Ｉ Ｄ ｚ ３ ｋ ３ Ｉ （ “ ＋ 十 差 ］ ｌ ＋ 十
ｐ ｕ
３ ｋ＋
Ｇ ＋ Ｇ 一 一 Ｙ
（ ３ ）
湍动扩 散率 方程 （ ￡ 方程 ） ：
３ ６
北京 石油 化工 学 院学报
２ ０ １ ５年第 ２ ３卷
ｌ ０ Ｏ ｋ ＋ 十 Ｏ ｚ ： ｋ ３ Ｉ （ ＋ 十 亳 ］ ｌ ＋ 十
Ｓｅ ｐ ．２ ０１ ５
２ ０ １ ５年 ９ 月
高原 城 市 中压 天 然气 管道 泄漏 扩 散 的数 值 模 拟
杨 奇睿 ， 王 岳 ， 邵 慧 龙
（ 辽 宁 石 油 化 工 大 学 石 油 天 然 气 工程 学 院 ， 辽宁 抚顺 １ １ ３ ０ ０ １ ）
摘要： 针 对 高 原 城 市 中压 天 然 气 管 道 泄 漏 情 况 ， 研究 了多层 、 高 层 建 筑 物 和 风 速 对 天 然 气 管 道 泄 漏 和 扩 散 的影 响 ， 利用 Ｃ Ｆ Ｄ模 拟 计 算 软 件 分 别 对 高 原 气 压 下 中压 Ａ、 中 压 Ｂ天 然 气 管 道 的 泄 漏 扩 散 进 行
Ｐ
压缩 湍流 中脉 动扩 张贡献 ； 、 分 别 为 ｋ方 程 和 ｓ方 程 的湍 流 Ｐ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｌ 数； 经验 常数 ： ｆ 一
１ ． ４ ４， Ｃ ２ 一 １ ．９ ２， Ｃ ３ ￡ 一 ０ ． ０９， Ｃ ４ 一 ０ ． ０８ ４ ５。
压力 ， Ｐａ 。
建筑 物对 不 同压 力 等级城 市 天然气 管 道泄漏 扩 散 的影 响 ， 计 算 了在 高 原 气压 下 不 同压 力 等 级
１ ． ２ 标准 ｆ （ ． Ｅ的 运 输 方 程
湍 流脉 动 动能方 程 （ 志方 程 ） ：
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — １ ０ — １ ０ 基 金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ Ｎｏ ． ７ １ ３ ７ ３ ０ ０ ３ ） 。 作 者 简介 ： 杨奇 睿（ １ ９ ９ Ｏ 一） ， 男， 硕 士研究 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 油 气 管 道安 全 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ２ １ ４ ４ ８ ０ ４ ２ ７ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
要 影 响 因素 。
针对 气压对 不 同压力 等级 城市 天然 气管 道 泄漏 的影 响研 究 较 少 ， 笔 者综 合 考 虑 了气 压 和
式 中： ＿ 厂为单位 质量 力 的矢 量 ， ｍ／ ｓ ； 为速 度 ，
ｍ／ ｓ ； 为动力 黏 度 ， Ｐ ａ・Ｓ ； Ｐ为 流 体 微 元 上 的
中 图分 类号 ： Ｔ Ｅ ８ ８ 文献 标 志 码 ： Ａ
近几 年 ， 天 然 气 以其 清 洁 、 卫生、 环 保 和 方
便 等 优势 正逐 渐取 代罐 装 液化 气 ， 成 为城 市 居 民 的主要生 活 能 源 。高 原 地 区 因 缺 氧 、 海 拔 高 等 地理 特征 ， 缺 乏煤炭 、 石油、 天然气 等 能源 ， 常