【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 域等，可以為泄漏事故后危險(xiǎn)區(qū)域的劃分、危險(xiǎn)程度的判別等提供參考依據(jù)。 ，包括高斯煙羽模型，高斯煙團(tuán)模型，BM模型，Sutton模型，以及FEM3模型等。 各模型特性比較 The parision of model features模型名稱適用對(duì)象適用范圍難易程度計(jì)算量精度高斯煙羽模型 中性氣體 大規(guī)模 長(zhǎng)時(shí)間較易 少一般高斯煙團(tuán)模型 中性氣體大規(guī)模 長(zhǎng)時(shí)間較易 少一般BM 模型中性、重性氣體大規(guī)模 長(zhǎng)時(shí)間較易 少好Sutton 模型 中性氣體大規(guī)模 長(zhǎng)時(shí)間較易 少一般FEM3 模型 重性氣體 無(wú)限制 較難少較好 結(jié)合煤氣泄漏的特性本論文選擇高斯氣體擴(kuò)散模型，原因如下：（1）煤氣相對(duì)密度小于或接近空氣，屬于中性氣體適合用非重氣高斯模型處理；（2）高斯模型即可模擬瞬時(shí)泄漏又可模擬連續(xù)泄漏，而且具有瞬時(shí)及連續(xù)擴(kuò)散的有風(fēng)及靜風(fēng)方程，相對(duì)于其他模型更為全面。（3)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)在相關(guān)問(wèn)題的研究上，國(guó)內(nèi)外專家均采取高斯模型，可見(jiàn)高斯模型較為成熟且具有一定的普遍性。本章小結(jié)： 本章通過(guò)對(duì)泄漏事故的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出了煤氣泄漏事故的發(fā)生機(jī)理，討論了煤氣泄漏的燃燒爆炸以及毒性危害的后果，并且介紹了?；瘹怏w泄漏的幾種常見(jiàn)模型。本章還通過(guò)比較5種常見(jiàn)氣體擴(kuò)散模型，最終選擇高斯模型作為本論文研究煤氣泄漏危害后果計(jì)算方法的數(shù)學(xué)模型。3 Fluent理論基礎(chǔ)及研究方法 軟件介紹 Fluent 軟件是目前國(guó)際上比較流行的商用 CFD 軟件包，只要是和熱傳遞、流場(chǎng)和化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)問(wèn)題均可使用。采用Fluent來(lái)解決問(wèn)題時(shí)首先要用前處理軟件Gambit建立起與實(shí)際問(wèn)題想適應(yīng)的物理模型，然后再在軟件中設(shè)置邊界條件等相關(guān)參數(shù)，最后選擇求解器在Fluent中進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果。： Fluent軟件求解過(guò)程 The solution procedure of Fluent 控制方程煤氣泄漏并在大氣中擴(kuò)散可以將連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程以及組分運(yùn)輸方程作為控制方程。連續(xù)性方程： （） 動(dòng)量守恒方程： （）能量守恒方程： （）組分運(yùn)輸方程： （）其中在上述公式中：為所處環(huán)境的靜壓力，為該種物質(zhì)在擴(kuò)散中的凈含量，是擴(kuò)散通量，為離散項(xiàng)。 湍流模型 本文選用標(biāo)準(zhǔn)模型，模型為雙方程模型，該方程基于湍動(dòng)能和湍動(dòng)耗散率，為半經(jīng)驗(yàn)方程，是目前使用最為廣泛的湍流模型。標(biāo)準(zhǔn)雙方程的湍動(dòng)能方程和方程如下所示：方程： （）方程：（）在上述公式中，、在 Fluent 中分別為默認(rèn)值 、是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；、在 Fluent 中分別為默認(rèn)值 、 表示湍動(dòng)能和湍東耗散率對(duì)應(yīng)的普朗特?cái)?shù)； 表示平均速度梯度引起的湍動(dòng)能； 表示浮力引起的湍動(dòng)能；為熱膨脹系數(shù)，為湍動(dòng)馬赫數(shù)；為聲速。 標(biāo)準(zhǔn)模型忽略分子粘性的影響并假設(shè)流動(dòng)為完全湍動(dòng)。4 煤氣管道泄漏擴(kuò)散的數(shù)值模擬 擴(kuò)散模型的基本假設(shè)條件 完全模擬氣體泄漏擴(kuò)散過(guò)程是十分困難的，為了便于對(duì)煤氣的泄漏擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬，特作如下基本假設(shè)和簡(jiǎn)化：（1）設(shè)置初始狀態(tài)時(shí)，假設(shè)管道周邊環(huán)境溫度與管道內(nèi)初始溫度相同； （2）在泄漏發(fā)生后，泄漏口大以及泄漏氣體速度恒定，不隨時(shí)間的改變而改變； （3）泄漏過(guò)程中所涉及氣體都作為理想氣體考慮； （4）在泄漏過(guò)程中,不發(fā)生任何相變反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)； （5）考慮風(fēng)速影響時(shí)，風(fēng)速方向與地面平行，且速度不隨時(shí)間、地點(diǎn)和高度的改變而改變； （6）在擴(kuò)散過(guò)程中，溫度恒定且與外界無(wú)熱量交換； （7）重力加速度恒定，不隨高度的改變而改變。 模擬背景模型的建立 （1）建立幾何模型參照某集輸氣管道工程，選取管道直徑為600mm，考察長(zhǎng)度為兩截?cái)嚅y間距（5km）,，煤氣年均輸量取，外界最高氣溫38℃，最低10℃，平均氣溫16℃，煤氣的年平均氣溫20℃。取一個(gè)足夠大的泄漏空間（泄漏半徑50m，高50m），研究煤氣泄漏在此空間內(nèi)的擴(kuò)散情況。泄漏口采用二維孔口模型，（d/D=）,(d/D=),(d/D=1)。：50m風(fēng)50md/250md/2d煤氣泄漏口 煤氣泄漏模型簡(jiǎn)圖 The model of gas leakage leakage ： 煤氣管道泄漏幾何模型 The geometric model of gas leakage（2） 網(wǎng)格劃分 泄漏氣體一般在噴口附近流速較高，速度梯度較大，所以有必要將計(jì)算區(qū)域劃分為幾塊，并且泄漏口上方的區(qū)域要網(wǎng)格細(xì)分。 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格劃分情況 The meshing of geometric model（3） 邊界條件的設(shè)定 正確的邊界條件能夠保證計(jì)算結(jié)果的精確性，也是模擬結(jié)果收斂的必要條件。在Gambit和Fluent中都可以設(shè)定初始邊界條件煤氣泄漏口定義為速度入口（VELOCITY_INLET）,名稱為in；將左側(cè)邊定義為速度進(jìn)口（VELOCITY_INLET），名稱為windin；將計(jì)算區(qū)域最上邊從右往左的3條線定義為壓力出口（PRESSURE_OUTLET），名稱分別為top1，top2，top3；將右側(cè)定義為壓力出口，命名為rightout。 邊界類型 The boundary types Fluent中求解的設(shè)置（1） 啟動(dòng)能量方程選擇湍流模型（考慮全浮力影響）。（2） 材料的選擇 用 Fluent 讀入 Gambit 中建立好的計(jì)算模型，然后定義材料，一氧化碳（CO）屬于 Fluent 材料庫(kù)中自帶的氣體，直接讀取一氧化碳數(shù)據(jù)如圖 。 （3） 計(jì)算環(huán)境的設(shè)置 考慮重力的影響，在設(shè)置計(jì)算環(huán)境將重力選項(xiàng)打開。 （4） 定義邊界條件并設(shè)置求解參數(shù)。 模擬結(jié)果分析 本論文用控制變量法針對(duì)風(fēng)速、泄漏孔徑和泄漏線速度三個(gè)因素進(jìn)行討論分析，風(fēng)速分為輕風(fēng)2m/s、微風(fēng)4m/s、和風(fēng)6m/s、清風(fēng)8m/s、中強(qiáng)風(fēng)10m/s、強(qiáng)風(fēng)12m/s，、泄漏線速度分為100m/s、200m/s。(1)。 泄漏線速度100m/s 泄漏線速度200m/s2m/s4m/s6m/s8m/s10m/s12m/s(2) 。 泄漏線速度100m/s 泄漏線速度200m/s 2m/s4m/s6m/s8m/s10m/s12m/s(3) 。 泄漏線速度100m/s 泄漏線速度200m/s2m/s 4m/s6m/s8m/s10m/s12m/s（4） 結(jié)論①由于一氧化碳的分子量為 28，接近于空氣的平均分子量，所以空氣浮力對(duì)于一氧化碳的擴(kuò)散起一定的動(dòng)力作用。泄漏的煤氣所形成的氣云在空氣浮力、風(fēng)力和初始動(dòng)量的作用下，向斜上方運(yùn)動(dòng)。 ②小孔（）泄漏時(shí)當(dāng)風(fēng)速在較低的范圍內(nèi)，隨著風(fēng)速的增加，煤氣擴(kuò)散范圍增大，風(fēng)速是煤氣氣擴(kuò)散的主要?jiǎng)恿Α?隨著風(fēng)速的增大風(fēng)速在較高的范圍時(shí)，從濃度分布圖中可以看出泄漏氣體運(yùn)動(dòng)一定時(shí)間后同一位置的一氧化碳濃度反而有所降低，此時(shí)風(fēng)速對(duì)其的主要作用變?yōu)橄♂?，小孔泄漏?duì)地面影響較大。③大孔（）泄漏時(shí)，隨著風(fēng)速的增加擴(kuò)散范圍逐漸變大，但大孔泄漏對(duì)地面的影響較小。④當(dāng)環(huán)境風(fēng)速較小時(shí)，對(duì)下風(fēng)向的影響較弱；當(dāng)達(dá)到一定臨界值后，環(huán)境風(fēng)速對(duì)下風(fēng)向的影響起主導(dǎo)作用。環(huán)境風(fēng)速越大，越不利于煤氣向高空擴(kuò)散，會(huì)導(dǎo)致煤氣向下風(fēng)向擴(kuò)散。⑤泄露孔徑越大泄漏后一氧化碳在空氣中的濃度越大，范圍也越廣，后果也就越嚴(yán)重。5 煤氣泄漏事故后果模擬由于煤氣是有多種氣體組成的混合氣體，不同種類煤氣的一氧化碳含量不同，本文按照一氧化碳急性中毒對(duì)人體的危害程度來(lái)劃分一氧化碳毒害