中国石油大学北京计算机辅助安全工程安全模拟与仿真
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用fluent软件如何作论文和应掌握那些方面的知识
• 熟练的建模能力和划分网格的技巧 • 扎实的流体力学和传热学知识，包括计
算传热学和计算流体力学知识 • 数据处理和分析的能力 • 编程能力 • 研究的方法和思路要清晰，尽可能快的
吸收需要的知识为我所用
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2020/4/30
4.5 基于CFD的事故灾害模拟
2020/4/30
4.5 基于CFD的事故灾害模拟
研究目的和意义
目前在川渝、新疆等地区发现多 个大型天然气藏。 该地区天然气田地质构造复杂， 人口稠密，气藏埋藏深度大，具 有高含H2S、高压力和高产能的“ 三高”特点，天然气勘探开发生 产存在重大安全风险。
事故统计结果表明：对有毒有害气 体扩散规律的认识欠缺是导致人员 疏散延误和盲目疏散的直接原因。
安全工程信息化技术基础
第四章 安全模拟与仿真
叶迎春
机械与储运工程学院
数字仿真的特点
(1)模型参数任意调整 (2)系统模型快速求解 (3)运算结果准确可靠 (4) 实景仿真形象直观
数字仿真的作用： (1)优化系统设计 (2) 降低实验成本 (3) 减少失败风险 (4) 提高预测能力
2
数字仿真在安全工程中的应用
研究目的和意义
含硫气田的钻探开发是石油工业的一 个世界性难题。
高含硫气井井喷失控是石油及天然气 勘探开发中灾难性事故。严重危及 人民的生命财产，污染良田，破坏 生态环境，造成地下资源损失 。
开展高含硫气井井喷扩散规律研究具 有重大社会意义和经济意义。
2003年12月23日， 重庆市开县高桥镇罗家寨16H井 井喷
rigid wall
Velocity contour plot
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4.5.2 Fluent数值模拟
电子计算机机箱 的热分析与流体 的粒子轨迹图
搅 拌 机 的 速 度 流 线 图
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4.5.2 Fluent数值模拟 FBiblioteka Baiduuent软件模拟过程
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
拟） • WHAZAN（定量评价石油、化工等工业危险性）
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
SAFETI软件
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
PHAST软件功能
• 泄漏模块：计算物料泄漏到大气环境中 的流速和状态
• 扩散模块：对泄漏模块得到的结果以及 天气情况进行计算来得到云团的传播扩 散情况。
研究泄漏气体的扩散规律，准确预 测有毒有害气体的浓度和蔓延方向， 是制定应急预案和逃生路线的重要 依据。
发生次数
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
蓬莱镇组 遂宁组 上沙溪庙 下沙溪庙 千佛崖组 自流井组 须家河组 雷口坡组 嘉陵江组 飞仙关组 长兴组 龙潭组 茅口组 栖霞组 梁山组 黄龙组 韩家店组
• 燃烧、爆炸模块 • 毒性模块
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
PHAST软件实例
某进站管线破裂形成喷火最大影响范围图
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2020/4/30
4.5 基于CFD的事故灾害模拟 某化肥厂发生氯气泄漏的实时扩散图
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2020/4/30
4.5.2 Fluent数值模拟
• Fluent软件系统 目前处于世界领先地位的CFD软件之一，可用 于模拟和分析具有复杂几何结构的流体流动与 热传导问题。
类的翅膀扇动的过程，利用动网格）
发动机的冷却水套的温度分布
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催化剂固体颗粒的浓度分布
2020/4/30
u=u(t), sinusoidal inlet velocity
4.5.2 Fluent数值模拟 initial mesh
动脉血管脉动流 动的模拟
rigid wall
compliant wall
I. 安全评价 II. 安全应急 III. 安全训练（虚拟现实） IV. 寿命预测(ANSYS，ABAQUS提供结
构疲劳分析功能) V. 故障诊断
3
本章目录
4.5 基于CFD的事故灾害模拟 4.6 虚拟现实技术
4
4.5 基于CFD的事故灾害模拟
CFD计算流体动力学： 基本思想：
将时间和空间域上的连续物理场，如速度场和压力场， 用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过 一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间 关系的方程组，然后求解代数方程组，获得场变量的近 似值。 流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒 方程、本构方程及状态方程）控制下对流动的数值模拟。
• 典型应用:
– 汽车的内流和外流及气缸内的流动 – 高速航天空气动力学 – 火箭的内部流动 – 涡轮机械 – 反应容器的设计 – 台风或飓风，建筑物风环境 – 气泡动力学及两相流 – 混合容器 – 流化床 – 流体诱导噪声的预测 – 煤粉或者油，燃气的燃烧
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4.5.2 Fluent数值模拟
• 流动问题几乎都能解决 • 流体和固体的共轭传热问题 • 流体和固体的耦合问题（水流冲击一板条或者鸟
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
事故灾害模拟软件 • Fluent • PHAST和SAFETI（DNV开发） • FLACS（基于Unix或Linux平台） • AutoReaGas（美国Century Dynamics开发） • AUTOHYN （美国Century Dynamics开发） • CHARM（连续地或瞬时地释放气体或液体的模
川东地区钻完井事故及事故地层分布统计分析
软件主要由三部分组成： • Fluent 解算器 • prePDF（用于计算燃烧过程的预处理软件） • Gambit(前处理程序，用于几何图形模拟和网
格生成） 应用：航空航天，汽车，空调供热，流体机械， 化学反应，电子元件冷却，石油开采，换热器等 众多领域
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4.5.2 Fluent数值模拟
Fluent 的强大功能
•2000年10月， •天津大港油田板深七0三井井喷
1993年9月28日, 华北油田一口 预探井，在试油射孔作业中发生 井喷
243人死亡，数千人 不同程度中毒，近十 万名群众紧急疏散。
在气井上空形成雾状
村民6人死亡，24人 中等中毒，440余人 轻度中毒。
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直接经济损失近亿元 ； 土壤硫化严重。
对附近大气环境造成了严重 污染。 污染庄稼近700亩； 22.6万人紧急疏散。
• 熟练的建模能力和划分网格的技巧 • 扎实的流体力学和传热学知识，包括计
算传热学和计算流体力学知识 • 数据处理和分析的能力 • 编程能力 • 研究的方法和思路要清晰，尽可能快的
吸收需要的知识为我所用
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
2020/4/30
4.5 基于CFD的事故灾害模拟
研究目的和意义
目前在川渝、新疆等地区发现多 个大型天然气藏。 该地区天然气田地质构造复杂， 人口稠密，气藏埋藏深度大，具 有高含H2S、高压力和高产能的“ 三高”特点，天然气勘探开发生 产存在重大安全风险。
事故统计结果表明：对有毒有害气 体扩散规律的认识欠缺是导致人员 疏散延误和盲目疏散的直接原因。
安全工程信息化技术基础
第四章 安全模拟与仿真
叶迎春
机械与储运工程学院
数字仿真的特点
(1)模型参数任意调整 (2)系统模型快速求解 (3)运算结果准确可靠 (4) 实景仿真形象直观
数字仿真的作用： (1)优化系统设计 (2) 降低实验成本 (3) 减少失败风险 (4) 提高预测能力
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数字仿真在安全工程中的应用
研究目的和意义
含硫气田的钻探开发是石油工业的一 个世界性难题。
高含硫气井井喷失控是石油及天然气 勘探开发中灾难性事故。严重危及 人民的生命财产，污染良田，破坏 生态环境，造成地下资源损失 。
开展高含硫气井井喷扩散规律研究具 有重大社会意义和经济意义。
2003年12月23日， 重庆市开县高桥镇罗家寨16H井 井喷
rigid wall
Velocity contour plot
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4.5.2 Fluent数值模拟
电子计算机机箱 的热分析与流体 的粒子轨迹图
搅 拌 机 的 速 度 流 线 图
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4.5.2 Fluent数值模拟 FBiblioteka Baiduuent软件模拟过程
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
拟） • WHAZAN（定量评价石油、化工等工业危险性）
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
SAFETI软件
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
PHAST软件功能
• 泄漏模块：计算物料泄漏到大气环境中 的流速和状态
• 扩散模块：对泄漏模块得到的结果以及 天气情况进行计算来得到云团的传播扩 散情况。
研究泄漏气体的扩散规律，准确预 测有毒有害气体的浓度和蔓延方向， 是制定应急预案和逃生路线的重要 依据。
发生次数
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
蓬莱镇组 遂宁组 上沙溪庙 下沙溪庙 千佛崖组 自流井组 须家河组 雷口坡组 嘉陵江组 飞仙关组 长兴组 龙潭组 茅口组 栖霞组 梁山组 黄龙组 韩家店组
• 燃烧、爆炸模块 • 毒性模块
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
PHAST软件实例
某进站管线破裂形成喷火最大影响范围图
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟 某化肥厂发生氯气泄漏的实时扩散图
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2020/4/30
4.5.2 Fluent数值模拟
• Fluent软件系统 目前处于世界领先地位的CFD软件之一，可用 于模拟和分析具有复杂几何结构的流体流动与 热传导问题。
类的翅膀扇动的过程，利用动网格）
发动机的冷却水套的温度分布
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催化剂固体颗粒的浓度分布
2020/4/30
u=u(t), sinusoidal inlet velocity
4.5.2 Fluent数值模拟 initial mesh
动脉血管脉动流 动的模拟
rigid wall
compliant wall
I. 安全评价 II. 安全应急 III. 安全训练（虚拟现实） IV. 寿命预测(ANSYS，ABAQUS提供结
构疲劳分析功能) V. 故障诊断
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本章目录
4.5 基于CFD的事故灾害模拟 4.6 虚拟现实技术
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
CFD计算流体动力学： 基本思想：
将时间和空间域上的连续物理场，如速度场和压力场， 用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过 一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间 关系的方程组，然后求解代数方程组，获得场变量的近 似值。 流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒 方程、本构方程及状态方程）控制下对流动的数值模拟。
• 典型应用:
– 汽车的内流和外流及气缸内的流动 – 高速航天空气动力学 – 火箭的内部流动 – 涡轮机械 – 反应容器的设计 – 台风或飓风，建筑物风环境 – 气泡动力学及两相流 – 混合容器 – 流化床 – 流体诱导噪声的预测 – 煤粉或者油，燃气的燃烧
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4.5.2 Fluent数值模拟
• 流动问题几乎都能解决 • 流体和固体的共轭传热问题 • 流体和固体的耦合问题（水流冲击一板条或者鸟
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4.5 基于CFD的事故灾害模拟
事故灾害模拟软件 • Fluent • PHAST和SAFETI（DNV开发） • FLACS（基于Unix或Linux平台） • AutoReaGas（美国Century Dynamics开发） • AUTOHYN （美国Century Dynamics开发） • CHARM（连续地或瞬时地释放气体或液体的模
川东地区钻完井事故及事故地层分布统计分析
软件主要由三部分组成： • Fluent 解算器 • prePDF（用于计算燃烧过程的预处理软件） • Gambit(前处理程序，用于几何图形模拟和网
格生成） 应用：航空航天，汽车，空调供热，流体机械， 化学反应，电子元件冷却，石油开采，换热器等 众多领域
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4.5.2 Fluent数值模拟
Fluent 的强大功能
•2000年10月， •天津大港油田板深七0三井井喷
1993年9月28日, 华北油田一口 预探井，在试油射孔作业中发生 井喷
243人死亡，数千人 不同程度中毒，近十 万名群众紧急疏散。
在气井上空形成雾状
村民6人死亡，24人 中等中毒，440余人 轻度中毒。
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直接经济损失近亿元 ； 土壤硫化严重。
对附近大气环境造成了严重 污染。 污染庄稼近700亩； 22.6万人紧急疏散。