第二讲燃气的泄漏与扩散
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20
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
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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
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