用修正高斯模型计算天然气稳态扩散.pdfVIP

学兔兔 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 Journal of Oil and Gas Technology(J．JPI) Feb．2010 Vo1．32 No．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2001 22) 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700mx 200m×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FI UENT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 ， T 1)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— U Z 6．2 d￡，等式两边积分得：2=~／12．4V。 (1) [收稿日期]2009～l1—23 [基金项目]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