第二讲燃气的泄漏与扩散
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.5重气扩散
➢ （1）重力沉降。重气泄漏初始动量消失后，重力作用使得气云降到地 面，沿着地表扩展。由于云团与周围空气间的密度差，导致重气塌陷， 出现凹陷现象，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大。
➢ （2）空气卷吸。空气卷吸分为顶部空气卷吸和侧面空气卷吸。空气卷 吸作用引入外界空气使得气云体积膨胀，同时也稀释了气云的浓度。
4
2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的模式分类
穿孔
5
2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的模式分类
开裂
6
2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的模式分类
渗透
7
2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏持续的时间分类
连续泄漏 瞬时泄漏
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.1液体蒸发
➢ （2）热量蒸发
当闪蒸不完全时，发生热量传递时，液体蒸发速度为： ✓ 热量蒸发主要与环境温度有关
当FV 1时，
qt2
At (T0 Tb ) H t HV
Nu
At l
(T0 Tb )
15
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.1液体蒸发
➢ （3）质量蒸发
间断面一般受到不可避免的干扰，失 去稳定而产生涡旋，卷吸周围流体进 入射流
同时不断移动、变形、分裂产生紊动 ，其影响逐渐向内外两侧发展形成自 由紊动的混合层
17
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.2射流扩散
➢ 当环境空气的温度和密度与泄漏的天然气不同时，可看作 非等密度射流。
➢ 非等密度射流的轨迹比较复杂，这时重力差使射流弯曲。 泄漏燃气的密度大于环境空气的密度，射流一般向下弯曲 ，反之则向上弯曲。
天然气发生管道孔口或裂缝泄漏时，虽然孔口或裂缝比较小 ，泄漏量也比较小，但泄漏速度极大，所以在孔口或裂缝形 成紊流自由射流。
18
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.3绝热扩散
➢ 假定泄漏物与外界环境无热量交换时的扩散过程。 ➢ 呈半球型向外扩散
（1）气团向外扩散，压力达到大气压 （2）气团与空气掺混，范围逐渐扩大
➢ 研究现状
孙永庆使用Matlab对燃气扩散模式进行了模拟，分析了燃气燃烧和 爆炸的损失破坏后果。
郭吉红将GIS技术引入大气环境风险评价的模拟预测中，对爆炸范 围、泄漏量、气体泄漏扩散模拟等方面进行了深入研究。
刘建结合GIS提出城市应急事件发生后，应急调度最佳路径算法。 徐昊以VC++为IDE开发环境，结合SuperMap Objects组件式GIS
➢ （3）云团加热。由于初始泄漏云团与周围环境间的温度差异，必须考 虑云团所吸收的热量和温度梯度引起的对流湍流。
➢ （4）向非重气扩散转变。随着云团的稀释冲淡，重气密度或浓度降低 逐渐接近外界空气，重气效应消失，云团的高度、半径及其运行状态取 决于大气湍流特性。
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟
8
2.1燃气的泄漏
2.1.2泄漏量的计算
➢ 液体泄漏
由流体力学的伯努利方程推导：
qml Cdl A
2( p p0 ) 2gh
9
2.1燃气的泄漏
2.1.2泄漏量的计算
➢ 气体泄漏
也可由流体力学的伯努利方程推导：
当 p0 (
2
k
) k1时，气体流动属于音速流动
p k 1
qmG Cdg Ap
开发平台，构建了包括火灾、爆炸、泄漏3类典型城市公共安全事 故灾害模拟和后果分析的城市公共安全应急响应辅助决策系统。
22
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟
➢ 研究现状
王晓宇研究了石化企业发生的泄漏、火灾、爆炸事故的影响区域计算模型 ，结合GIS平台实现了针对上海金山石化的预警与应急系统。
12
2.2泄漏燃气的扩散
扩散的分类
➢ 液体蒸发 ➢ 射流扩散 ➢ 绝热扩散 ➢ 气团在大气中的扩散 ➢ 重气扩散
13ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.1液体蒸发
➢ （1）闪蒸
LNG\LPG的沸点低于环境温度，当它们泄漏时，由于压力 突减，液态突然蒸发，称为闪蒸。
闪蒸的速度：
qt1
Fv m t
14
19
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.4气团在大气中的扩散
➢ 高斯模型
（1）连续泄漏：高斯烟羽模型 （2）瞬时泄漏：高斯烟团模型
➢ 高斯模式的坐标系
原点为排放点（无界点源或地面源） x轴正向为平均风向， y轴在水平面上垂直于x轴，正向在x轴的左侧， z轴垂直于水平面x o y，向上为正向，即为右手坐标系。
苏志东通过ArcGIS Engine组件和VC++编程将气体泄漏扩散模型、火灾和 爆炸事故模型嵌入GIS实现可视化人员伤亡影响范围。
kM (
2
k 1
) k 1
RT k 1
当 p0 (
2
k
) k1时，气体流动属于亚音速流动
p k 1
qmG Cdg Ap
kM RT
( k )( k -1
p p0
2
)k
1 (
p p0
k 1 )k
10
2.1燃气的泄漏
2.1.2泄漏量的计算
➢ 两相流泄漏
两相物质组成 对于燃气而言为气液两相流
当地面传热停止时
主要由于液体分子的迁移作用使液体蒸发，这种液体质量蒸 发速度为：
ql3
1Sh
A l
1
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.2射流扩散
➢ 射流（jet），指流体从管口、孔口、 狭缝射出，或靠机械推动，并同周围流 体掺混的一股流体流动。
流体射入静止环境中时，它与周围静 止流体之间存在速度不等的间断面
✓ 对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流 、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流 等形态；
✓ 对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状 泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
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2.2泄漏燃气的扩散
相关因素
➢ 燃气物理性质（密度） ➢ 温度 ➢ 周边环境（风速、障碍物） ➢ 气候条件
第二讲燃气的泄漏与扩散
1
2.1燃气的泄漏
泄漏是燃气供应系统中最典型的事故
➢ 人员伤亡 ➢ 资源浪费 ➢ 环境污染
2
2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的流体分类
气体泄漏 液体泄漏 气液两相泄漏
3
2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的构件分类
管道泄漏 调压器泄漏 阀门泄漏 补偿器泄漏 排水器泄漏 计量装置泄漏 储气设备泄漏
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.5重气扩散
➢ （1）重力沉降。重气泄漏初始动量消失后，重力作用使得气云降到地 面，沿着地表扩展。由于云团与周围空气间的密度差，导致重气塌陷， 出现凹陷现象，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大。
➢ （2）空气卷吸。空气卷吸分为顶部空气卷吸和侧面空气卷吸。空气卷 吸作用引入外界空气使得气云体积膨胀，同时也稀释了气云的浓度。
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2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的模式分类
穿孔
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2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的模式分类
开裂
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2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的模式分类
渗透
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2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏持续的时间分类
连续泄漏 瞬时泄漏
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.1液体蒸发
➢ （2）热量蒸发
当闪蒸不完全时，发生热量传递时，液体蒸发速度为： ✓ 热量蒸发主要与环境温度有关
当FV 1时，
qt2
At (T0 Tb ) H t HV
Nu
At l
(T0 Tb )
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.1液体蒸发
➢ （3）质量蒸发
间断面一般受到不可避免的干扰，失 去稳定而产生涡旋，卷吸周围流体进 入射流
同时不断移动、变形、分裂产生紊动 ，其影响逐渐向内外两侧发展形成自 由紊动的混合层
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.2射流扩散
➢ 当环境空气的温度和密度与泄漏的天然气不同时，可看作 非等密度射流。
➢ 非等密度射流的轨迹比较复杂，这时重力差使射流弯曲。 泄漏燃气的密度大于环境空气的密度，射流一般向下弯曲 ，反之则向上弯曲。
天然气发生管道孔口或裂缝泄漏时，虽然孔口或裂缝比较小 ，泄漏量也比较小，但泄漏速度极大，所以在孔口或裂缝形 成紊流自由射流。
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.3绝热扩散
➢ 假定泄漏物与外界环境无热量交换时的扩散过程。 ➢ 呈半球型向外扩散
（1）气团向外扩散，压力达到大气压 （2）气团与空气掺混，范围逐渐扩大
➢ 研究现状
孙永庆使用Matlab对燃气扩散模式进行了模拟，分析了燃气燃烧和 爆炸的损失破坏后果。
郭吉红将GIS技术引入大气环境风险评价的模拟预测中，对爆炸范 围、泄漏量、气体泄漏扩散模拟等方面进行了深入研究。
刘建结合GIS提出城市应急事件发生后，应急调度最佳路径算法。 徐昊以VC++为IDE开发环境，结合SuperMap Objects组件式GIS
➢ （3）云团加热。由于初始泄漏云团与周围环境间的温度差异，必须考 虑云团所吸收的热量和温度梯度引起的对流湍流。
➢ （4）向非重气扩散转变。随着云团的稀释冲淡，重气密度或浓度降低 逐渐接近外界空气，重气效应消失，云团的高度、半径及其运行状态取 决于大气湍流特性。
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟
8
2.1燃气的泄漏
2.1.2泄漏量的计算
➢ 液体泄漏
由流体力学的伯努利方程推导：
qml Cdl A
2( p p0 ) 2gh
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2.1燃气的泄漏
2.1.2泄漏量的计算
➢ 气体泄漏
也可由流体力学的伯努利方程推导：
当 p0 (
2
k
) k1时，气体流动属于音速流动
p k 1
qmG Cdg Ap
开发平台，构建了包括火灾、爆炸、泄漏3类典型城市公共安全事 故灾害模拟和后果分析的城市公共安全应急响应辅助决策系统。
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.6燃气泄漏与扩散数值模拟
➢ 研究现状
王晓宇研究了石化企业发生的泄漏、火灾、爆炸事故的影响区域计算模型 ，结合GIS平台实现了针对上海金山石化的预警与应急系统。
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2.2泄漏燃气的扩散
扩散的分类
➢ 液体蒸发 ➢ 射流扩散 ➢ 绝热扩散 ➢ 气团在大气中的扩散 ➢ 重气扩散
13ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.2泄漏燃气的扩散
2.2.1液体蒸发
➢ （1）闪蒸
LNG\LPG的沸点低于环境温度，当它们泄漏时，由于压力 突减，液态突然蒸发，称为闪蒸。
闪蒸的速度：
qt1
Fv m t
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.4气团在大气中的扩散
➢ 高斯模型
（1）连续泄漏：高斯烟羽模型 （2）瞬时泄漏：高斯烟团模型
➢ 高斯模式的坐标系
原点为排放点（无界点源或地面源） x轴正向为平均风向， y轴在水平面上垂直于x轴，正向在x轴的左侧， z轴垂直于水平面x o y，向上为正向，即为右手坐标系。
苏志东通过ArcGIS Engine组件和VC++编程将气体泄漏扩散模型、火灾和 爆炸事故模型嵌入GIS实现可视化人员伤亡影响范围。
kM (
2
k 1
) k 1
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当 p0 (
2
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) k1时，气体流动属于亚音速流动
p k 1
qmG Cdg Ap
kM RT
( k )( k -1
p p0
2
)k
1 (
p p0
k 1 )k
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2.1燃气的泄漏
2.1.2泄漏量的计算
➢ 两相流泄漏
两相物质组成 对于燃气而言为气液两相流
当地面传热停止时
主要由于液体分子的迁移作用使液体蒸发，这种液体质量蒸 发速度为：
ql3
1Sh
A l
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2.2泄漏燃气的扩散
2.2.2射流扩散
➢ 射流（jet），指流体从管口、孔口、 狭缝射出，或靠机械推动，并同周围流 体掺混的一股流体流动。
流体射入静止环境中时，它与周围静 止流体之间存在速度不等的间断面
✓ 对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流 、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流 等形态；
✓ 对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状 泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
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2.2泄漏燃气的扩散
相关因素
➢ 燃气物理性质（密度） ➢ 温度 ➢ 周边环境（风速、障碍物） ➢ 气候条件
第二讲燃气的泄漏与扩散
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2.1燃气的泄漏
泄漏是燃气供应系统中最典型的事故
➢ 人员伤亡 ➢ 资源浪费 ➢ 环境污染
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2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的流体分类
气体泄漏 液体泄漏 气液两相泄漏
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2.1燃气的泄漏
2.1.1泄漏的分类
➢ 按照泄漏的构件分类
管道泄漏 调压器泄漏 阀门泄漏 补偿器泄漏 排水器泄漏 计量装置泄漏 储气设备泄漏