压力水射流装置通风驱散稀释重气泄漏技术研究

摘要

随着我国工业的不断发展，近年来重气泄漏事故时有发生，给生态环境、居民的健康和安全以及社会稳定带来了严重影响。本文在着眼于目前重气泄漏应急技术和措施的不足之处，将压力水射流技术应用到泄漏重气的应急处置上，对压力水射流装置驱散稀释泄漏重气进行实验和数值模拟研究，该技术的特点是本质安全、次生污染小。
　　本文采用理论、实验和数值模拟三者相结合的研究方法。
　　首先是对射流基本理论、两相流流体力学理论、重气扩散基本理论和压力水射流装置驱散稀释重气机理进行了研究，分析装置结构参数和使用条件对其驱散稀释重气性能的影响，再在前人研究的基础上确定了本文研究参数的范围。本文设计和进行了实验室二氧化碳气体释放和自由扩散实验，对应地用数值模拟方法模拟了气体释放和自由扩散的过程，通过定性和定量对比实验数据资料和计算机模拟预测的结果，验证数值模拟模型的可行性。
　　然后运用CFD计算机数值模拟软件研究了不同喷嘴类型、喉管长度、扩散角的结构参数以及不同水压和摆放方位的使用条件下，压力水射流装置驱散稀释二氧化碳的整个过程，分析不同装置内部结构参数、使用条件对其驱散稀释重气性能的影响。研究发现，装置装有锥形实心喷嘴相比装有空心喷嘴和直射喷嘴时，其驱散稀释重气的效果要好，在装置开启20s后CO2的驱散率从高到低依次为：95.16％，93.59%，91.15%；短喉管装置相比长喉管和直管装置有着更好的重气驱散稀释性能，在装置开启20s后CO2的驱散率从高到低依次为：95.16%，94.05%，86.31%；三种扩散管角度中，45°和30°扩散管的装置效果基本一致，在装置开启20s后的CO2驱散率分别为94.97%，94.78%，60°和15°扩散管装置驱散稀释重气的效果较差；装置使用水压从1MPa增大到4MPa时，装置性能有明显提升，但是提升的幅度不断减小，在装置开启20s后的CO2驱散率从高到低依次为：89.96%，95.16%，97.21%，97.60%；装置在使用过程中，为了最大化其效果，应该根据现场实际情况调整出口方位。
　　接着，本文设计和进行了压力水射流装置驱散稀释二氧化碳的验证试验，定性比较实验结果和数值模拟结果后发现，两种方法的研究结果一致。实验结果还表明，压力水射流装置雾滴粒径越小，吸风量越大，其稀释驱散重气的效果也越好。
　　最后，用计算机数值模拟有毒重气-氯气的泄漏，预测压力水射流装置驱散稀释重气的效果，为今后压力水射流装置的实际应用提供参考。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的目的和意义

1.4 研究的主要内容、方法和技术路线

第二章 压力水射流驱散稀释重气理论分析

2.1 重气扩散基本理论

2.2 射流基本理论

2.3 两相流基本理论

2.4 压力水射流装置驱散稀释重气基本原理

第三章 压力水射流驱散稀释CO2和Cl2的数值模拟

3.1 数值模拟研究方法

3.2 压力水射流装置驱散稀释CO2气体的数值模拟

3.3 压力水射流驱散稀释泄漏氯气的数值模拟研究

第四章 压力水射流装置驱散稀释CO2的验证实验

4.1 压力水射流装置驱散稀释CO2实验

4.2 雾滴粒径和吸风量的测量

4.3 CO2气体释放及自由扩散的实验结果和分析

4.4 压力水射流装置驱散稀释CO2气体的实验结果和分析

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表论文