用修正的高斯模型计算天然气稳态扩散

《用修正的高斯模型计算天然气稳态扩散》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2010年2月第32卷第1期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Feb．2010Vo1．32No．1用修正的高斯模型计算天然气稳态扩散张子波，李自力(中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东青岛266555)李毅(中国石油西气东输管道(销售)公司，上海200122)王瑶(中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东青岛266555)[摘要]天然气管道泄漏后极易引发爆炸事故，危害人民的生命财产安全。为了研究一个合

2、理的天然气扩散计算模型，对高斯模型进行了研究，发现其计算天然气扩散的不足之处，将浮力及初始喷射等因素考虑在内，对高斯模型进行了修正，给出了在水平风速、浮力和初始喷射影响下的天然气扩散中心轴线方程，并编程计算。结果表明修正后的高斯模型明显更加符合实际情况。通过算例分析，比较了不同风速和不同管压对于扩散的影响，为实际应急指挥提供了依据。[关键词]天然气；泄漏；稳态扩散；高斯模型[中图分类号]TE832[文献标识码]A[文章编号]1000—9752(2010)01—0369—03随着天然气工业近年来的迅速发展，目前城市燃气

3、越来越普遍，一旦经过居民区的管道发生泄漏，很容易引发爆炸事故，后果将不堪设想。而泄漏后的扩散是发生事故的根本原因_1]。因此，有效地对天然气泄漏后的危险范围进行评估以尽快采取相应措施显得越来越重要。目前国内外对天然气管道泄漏后的扩散过程的研究还不够深入，尚未建立起完全适用于天然气泄漏的理论模型__2j。国内外天然气管道风险评价主要采用高斯(Gaussian)模型和Sutton模型，但这2种模型都没有考虑天然气管道泄漏所特有的初始喷射和浮力作用对扩散的影响]。笔者考虑了初始喷射和浮力对扩散的影响，研究了一种适合计算天然

4、气稳态扩散的模型。对于采用数值方法求解天然气扩散的方法，虽然其精确度较高，但是计算速度慢。笔者曾用流体计算软件FLUENT计算一个约700mx200m×300m的扩散区域的浓度场，8核的计算机计算完毕用时24h。因此，用类似方法计算天然气泄漏后扩散的浓度场时，达不到“实时”计算的效果，很容易延误应急指挥决策的时机，增大产生爆炸事故的机率。采用非数值方法则能避免计算时间过长这一问题。而直接采用高斯模型进行计算时，由于没有考虑初始喷射和浮力的影响，导致计算出的扩散区域“又矮又平”(笔者曾编程对此进行过验证)，与实际天然气

5、的扩散相差较大。因此有必要对这个被广泛采用的模型进行改进，以得到较为精确的结果。1对高斯烟羽模型的修正依据笔者的FIUENT模拟，天然气泄漏后在lmin之内便能达到稳态，因此研究瞬态扩散的实际意义不大，笔者只对稳态扩散的烟羽模型进行研究。取风向为z方向，竖直向上为方向，建立符合右手规则的直角坐标系。1．1天然气的竖直速度，T1)初始射流对天然气速度的影响天然气孔口射流轴心速度公式为：Id2：：V一6．2V。，zdz—UZ6．2d￡，等式两边积分得：2=~／12．4V。(1)[收稿日期]2009～l1—23[基金项目]

6、浙江省重大科技攻关项目(2006C13002)。[作者简介]张子波(1985一)，男，2008年大学毕业，硕士生，现主要从事管输天然气泄漏扩散研究工作。学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2010年2月式中，V为轴线最大流速，m／s；Vo为出口断面流速，m／s；d为泄漏口直径，m；竖直方向的位移，ITI；t为时间，s。2)浮力、重力和阻力对天然气竖直速度的影响随着气团上升，气团在竖直方向上受到阻力、浮力和重力的作用越来越大。受力平衡时，由平衡条件可得：V=一，此时竖直位移为一6．2V

7、od／，也即当z≥时，气团在竖直方向上匀速运动，速度不再变化，此时竖直位移公式变为：z—Vct(2)式中，为空气密度，kg／m3；Pe为天然气密度，kg／ma；g为重力加速度，m／s；Cd为绕流阻力系数，由实验曲线查得[5；为气团受力平衡后竖直方向上的速度，m／s；z为气团开始匀速上升时竖直方向上的位移，m。在地面附近，气体主要受初始射流的影响，竖直位移按照式(1)计算。随着位移的增大，射流作用逐渐减弱，当位移达到z天然气在竖直方向上匀速上升，位移按照式(2)计算。1．2天然气的水平速度及位移天然气的水平速度主要由水

8、平风速来决定。以B类地面粗糙度为例，则有：1)0<2≤lOm时，U—Uo，水平位移方程为：—Uof(3)J～2)lOm