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城市燃气管线泄漏强度实验测定及扩散浓度模拟

杨小刚  
【摘要】: 随着城市人口的增加,供气范围的扩大,管网的规模也不断扩充,输配压力不断提高,从而使管网运行的安全问题变得更加突出。由于城市燃气输配系统主要分布于人口和建筑相对集中的区域,一旦发生泄漏将引起火灾、爆炸等事故,会造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失,因此无论是从安全因素,还是从经济因素出发,对城市燃气管线泄漏扩散过程进行研究均具有十分重要的意义。 为了对城市燃气管线在不同泄漏尺寸下的泄漏强度进行实验测定,搭建了城市燃气管线泄漏强度测定实验台,分别测试在不同泄漏孔径和入口压力下小孔泄漏强度的变化,在入口压力恒定的情况下大孔泄漏强度随泄漏孔径的变化,并对实验结果进行了误差分析。 对城市燃气管线在不同泄漏尺寸下的泄漏特征进行了分析,在此基础上分别建立了小孔、管道、大孔泄漏模型,并分别对不同泄漏尺寸下的泄漏强度进行了计算,将实验测试结果与理论计算结果对比分析,证实了在一定误差范围内理论计算值的正确性,同时分析了实验中出现误差的原因。 分析气象参数、地理位置、泄漏强度等因素对燃气管线泄漏扩散的影响,通过对泄漏初始时刻的分析,确定了泄漏扩散的定解条件,基于工程流体力学,传质学,热力学理论,建立了泄漏扩散模型,并利用有限容积法对泄漏扩散方程进行了离散,同时运用SIMPLE算法对该模型进行了求解。 最后,利用FULENT软件自带的前处理工具箱(Gambit)建立了各种边界条件下城市燃气管线泄漏扩散的几何模型,分别模拟了风速、泄漏强度、地理位置、高大障碍物等条件影响下城市燃气泄漏扩散时速度、压力以及浓度分布情况。 本文从实验的角度入手,首先搭建实验台对城市燃气管线的泄漏强度进行实验测定,接着研究了城市燃气管线泄漏扩散过程并运用FLUENT软件对此过程中的浓度场进行了模拟,从而为泄漏发生之后的安全评估提供了参考依据和技术支撑。


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