有限空间内氨泄漏的扩散规律

摘要

氨气是一种用途广泛的重要无机化工产品。当氨气泄漏时，会产生人员中毒、燃烧爆炸、环境污染以及次生事故等危害。本文针对化工过程、冷冻储藏等行业中氨气输送管道存在的泄漏隐患，采用实验研究与数值模拟相结合的方法，对有限空间内氨气的泄漏扩散过程进行了研究。结合氨气输送管道的工作环境，搭建了氨气泄漏扩散实验平台，开展了氨气管道的泄漏扩散实验。在此基础上，采用Gambit软件和Fluent软件建立了有限空间内氨气泄漏扩散的计算模型，进行了氨气输送管道泄漏过程的数值计算，模拟了在泄漏压力、泄漏方向、泄漏孔径、泄漏位置等因素影响下氨气管道泄漏的扩散过程。探讨了氨气在不同泄漏条件下的浓度分布和扩散规律，总结了在泄漏方向一定夹角范围内的点至泄漏源距离与该点氨气浓度变化率的关系。为安全报警系统设计中合理布置氨气探测器的位置提供了依据。
　　通过对有限空间内氨泄漏扩散过程的研究，得出以下结果:(1)在有限空间内，氨气泄漏方向和泄漏位置是影响氨气在空间内的分布的主要因素;(2)在氨气泄漏的垂直方向上，泄漏压力、泄漏孔径对浓度梯度有很大的影响;(3)泄漏扩散的过程中，氨气浓度的变化存在线性增长、波动和稳定增长三个阶段;(4)得到了在一定泄漏条件下，泄漏方向上的特定范围内，点至泄漏源距离与该点氨浓度变化率的关系及计算式，提供了快速确定泄漏源位置的基本方法。
　　本文对有限空间内氨气管道的小孔泄漏扩散过程进行了实验研究和数值模拟，利用研究结果提供了泄漏事故发生后的安全应急措施。在今后的研究工作中，应加强对室内重质气体以及液体泄漏扩散的研究，从而完善对室内管道泄漏扩散一般规律的研究。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 扩散规律

1．2．2 危险域预测

1．2．3 模型评价

1．2．4 应急措施

1．2．5 泄漏、扩散模型

1．2．6 存在的问题

1．3 研究内容与研究方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 本章小结

2．1 引言

2．2 实验方案

2．3 实验环境

2．4 实验系统

2．4．1 气体泄漏系统

2．4．2 管路控制系统

2．4．3 实验房间

2．5 实验步骤

2．6 实验数据与分析

2．6．1 气体浓度单位的转化

2．6．2 实验数据分析

2．7 本章小结

3．1 引言

3．2 氨气泄漏扩散的数学模型

3．2．1 基本假设

3．2．2 控制方程

3．3 控制方程的离散化方法及控制方程的离散化

3．3．1 控制方程的离散化方法

3．3．2 控制方程的离散化

3．4 SIMPLE算法简介

3．4．1 Fluent数值模拟

3．4．2 Gambit建模与网格划分

3．5 模拟结果

3．5．1 密闭环境下的模拟结果

3．5．2 非密闭环境下的模拟结果

3．6 实际实验结果与模拟计算结果的比较

3．6．1 模拟结果的前处理

3．6．2 处理后的模拟结果与实验结果的对比

3．6．3 两种研究方法下的氨气浓度的变化规律

3．7 本章小结

4．1 引言

4．2 泄漏压力的影响

4．3 泄漏方向的影响

4．4 泄漏孔径的影响

4．5 泄漏位置的影响

4．6 针对气体泄漏事故的安全性措施

4．6．1 氨气探测器的安装位置

4．6．2 对泄漏位置的初步判断

4．7 本章小结

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 建议与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果