【文章內(nèi)容簡介】 域等，可以為泄漏事故后危險區(qū)域的劃分、危險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模型名稱適用對象適用范圍難易程度計算量精度高斯煙羽模型 中性氣體 大規(guī)模 長時間較易 少一般高斯煙團模型 中性氣體大規(guī)模 長時間較易 少一般BM 模型中性、重性氣體大規(guī)模 長時間較易 少好Sutton 模型 中性氣體大規(guī)模 長時間較易 少一般FEM3 模型 重性氣體 無限制 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散模型，原因如下：（1）煤氣相對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泄漏又可模擬連續(xù)泄漏，而且具有瞬時及連續(xù)擴散的有風及靜風方程，相對于其他模型更為全面。（3)查閱文獻發(fā)現(xiàn)在相關(guān)問題的研究上，國內(nèi)外專家均采取高斯模型，可見高斯模型較為成熟且具有一定的普遍性。本章小結(jié)： 本章通過對泄漏事故的統(tǒng)計分析，總結(jié)出了煤氣泄漏事故的發(fā)生機理，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泄漏的幾種常見模型。本章還通過比較5種常見氣體擴散模型，最終選擇高斯模型作為本論文研究煤氣泄漏危害后果計算方法的數(shù)學模型。3 Fluent理論基礎(chǔ)及研究方法 軟件介紹 Fluent 軟件是目前國際上比較流行的商用 CFD 軟件包，只要是和熱傳遞、流場和化學反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)問題均可使用。采用Fluent來解決問題時首先要用前處理軟件Gambit建立起與實際問題想適應(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中進行計算得出結(jié)果。： Fluent軟件求解過程 The solution procedure of Fluent 控制方程煤氣泄漏并在大氣中擴散可以將連續(xù)性方程、動量守恒方程、能量守恒方程以及組分運輸方程作為控制方程。連續(xù)性方程： （） 動量守恒方程： （）能量守恒方程： （）組分運輸方程： （）其中在上述公式中：為所處環(huán)境的靜壓力，為該種物質(zhì)在擴散中的凈含量，是擴散通量，為離散項。 湍流模型 本文選用標準模型，模型為雙方程模型，該方程基于湍動能和湍動耗散率，為半經(jīng)驗方程，是目前使用最為廣泛的湍流模型。標準雙方程的湍動能方程和方程如下所示：方程： （）方程：（）在上述公式中，、在 Fluent 中分別為默認值 、是經(jīng)驗常數(shù)；、在 Fluent 中分別為默認值 、 表示湍動能和湍東耗散率對應(yīng)的普朗特數(shù)； 表示平均速度梯度引起的湍動能； 表示浮力引起的湍動能；為熱膨脹系數(shù)，為湍動馬赫數(shù)；為聲速。 標準模型忽略分子粘性的影響并假設(shè)流動為完全湍動。4 煤氣管道泄漏擴散的數(shù)值模擬 擴散模型的基本假設(shè)條件 完全模擬氣體泄漏擴散過程是十分困難的，為了便于對煤氣的泄漏擴散進行數(shù)值模擬，特作如下基本假設(shè)和簡化：（1）設(shè)置初始狀態(tài)時，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，不隨時間的改變而改變； （3）泄漏過程中所涉及氣體都作為理想氣體考慮； （4）在泄漏過程中,不發(fā)生任何相變反應(yīng)和化學反應(yīng)； （5）考慮風速影響時，風速方向與地面平行，且速度不隨時間、地點和高度的改變而改變； （6）在擴散過程中，溫度恒定且與外界無熱量交換； （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，考察長度為兩截斷閥間距（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)的擴散情況。泄漏口采用二維孔口模型，（d/D=）,(d/D=),(d/D=1)。：50m風50md/250md/2d煤氣泄漏口 煤氣泄漏模型簡圖 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)格細分。 計算區(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)邊定義為速度進口（VELOCITY_INLET），名稱為windin；將計算區(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 中建立好的計算模型，然后定義材料，一氧化碳（CO）屬于 Fluent 材料庫中自帶的氣體，直接讀取一氧化碳數(shù)據(jù)如圖 。 （3） 計算環(huán)境的設(shè)置 考慮重力的影響，在設(shè)置計算環(huán)境將重力選項打開。 （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風速、泄漏孔徑和泄漏線速度三個因素進行討論分析，風速分為輕風2m/s、微風4m/s、和風6m/s、清風8m/s、中強風10m/s、強風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，所以空氣浮力對于一氧化碳的擴散起一定的動力作用。泄漏的煤氣所形成的氣云在空氣浮力、風力和初始動量的作用下，向斜上方運動。 ②小孔（）泄漏時當風速在較低的范圍內(nèi)，隨著風速的增加，煤氣擴散范圍增大，風速是煤氣氣擴散的主要動力。 隨著風速的增大風速在較高的范圍時，從濃度分布圖中可以看出泄漏氣體運動一定時間后同一位置的一氧化碳濃度反而有所降低，此時風速對其的主要作用變?yōu)橄♂專】仔孤Φ孛嬗绊戄^大。③大孔（）泄漏時，隨著風速的增加擴散范圍逐漸變大，但大孔泄漏對地面的影響較小。④當環(huán)境風速較小時，對下風向的影響較弱；當達到一定臨界值后，環(huán)境風速對下風向的影響起主導作用。環(huán)境風速越大，越不利于煤氣向高空擴散，會導致煤氣向下風向擴散。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人體的危害程度來劃分一氧化碳毒害