天然气管道泄漏与天然气在大气中扩散的模拟研究

摘要

随着天然气管道工业的发展，天然气用户越来越多。天然气在集输过程中，由于管道系统连接件之间的密封不严、腐蚀穿孔、人为管理不善等因素会引起天然气泄漏。天然气泄漏后扩散到大气中，与空气混合形成可燃预混气体，遇见点火源，可能会引发火灾或者爆炸；即使不发生着火爆炸，泄漏出的天然气及其伴生物滞留在大气中，在未来较长时期对人类健康和生态环境会造成不良影响。所以，天然气泄漏不仅会导致能源物料流失，造成巨大的经济损失，还会引起火灾、爆炸、中毒、伤亡等恶性事故，严重威胁着人民生命财产的安全。因此，进行天然气管道泄漏扩散及爆炸数值模拟研究，对管道输送安全运营和保障人生财产安全意义重大。
　　本文基于流体力学、热力学、计算数学和计算机技术，对天然气管道发生泄漏后的扩散情况进行方法研究和规律分析。首先，分析了国内外在气体泄漏和扩散方面的研究现状，对射流理论进行分析，研究了气体流动的基本控制方程；其次，建立了天然气管道泄漏率模型并利用MATLAB编写了计算泄漏率的程序；再次，根据流体力学和热力学基本理论，建立了天然气泄漏后在大气中扩散数学模型，应用有限元方法对模型的偏微分方程组进行离散求解；最后，基于上述模型，采用计算流体力学仿真软件FLUENT对天然气泄漏扩散进行模拟计算，并分析风速、压力、泄漏孔径以及障碍物的变化对扩散结果的影响。
　　本文的天然气泄漏以及扩散的数值模拟研究结果与泄漏、扩散理论相符，从而验证了本文理论分析的正确性，所提出的研究方法为天然气泄漏扩散研究提供了一种分析思路，分析所得到的规律对天然气管道的安全运营和维护有一定的指导意义和参考价值。

目录

天然气管道泄漏与天然气在大气中扩散的模拟研究

RESEARCH ON NATURAL GAS LEAKAGE AND DIFFUSION NUMERICAL SIMULATION

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题的背景与意义

1. 2国内外研究现状

第2章 天然气泄漏扩散的机理研究

2.1射流理论概述

2.2气体流动基本控制方程

2.3本章小结

第3章 天然气管道泄漏率模型的建立

3.1小孔泄漏率模型的推导

3.2管道（全截面破裂）泄漏率模型的推导

3.3大孔泄漏率模型的推导

3.4用MATLAB编写计算程序

3.5本章小结

第4章 天然气扩散的模拟研究

4.1天然气扩散模型的建立

4.2天然气扩散模型求解

4.3本章小结

第5章FLUENT软件及标准状态下的模拟结果

5.1软件介绍

5.2网格的绘制和FLUENT模型的选择

5.3 FLUENT初始条件的计算和输入

5.4标准状态下的模拟结果及分析

5.5本章小结

第6章 不同条件对天然气扩散的影响

6.1风速对扩散的影响

6.2不同泄漏压力对扩散的影响

6.3不同泄漏孔径对扩散的影响

6.4障碍物对扩散的影响

6.5本章小结

结 论

参考文献

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致 谢