温度梯度作用下室内天然气泄漏扩散浓度场研究

【摘要】：在世界能源危机的大环境下，一种清洁、高效的能源——天然气正逐渐受到人类的青睐，发展天然气工业已经开始成为世界各国节能减排和促进经济可持续发展的共同选择。天然气的开发利用需要管道系统的输送，截止到2006年，我国天然气管线的总长度已经达到了近3万千米。由于城市燃气输配设施常是分布在人口及公共设施密集的区域，一旦发生天然气泄漏事故，将会造成严重的人员伤亡和财产损失。燃气管道泄漏是城市燃气安全事故的主要原因之一，本文着力于天然气泄漏扩散规律的探索，重点在于温度梯度对天然气泄漏扩散的作用机理的研究。 本文所做的工作主要包括以下三部分：从宏观上分析了室内天然气泄漏扩散的影响因素，然后，深入推导各种因素对天然气扩散作用的机理，寻找一一对应的数学关系式，最后，通过数值模拟来验证各种影响因素对天然气扩散作用的趋势，定性地对比各种影响因素对天然气扩散作用的大小，找出对天然气扩散作用权重较大的因素。 ①第一部分在分析天然气扩散的影响因素之前，本文重点提出了两个衡量各种环境因素对燃气泄漏扩散影响的权衡因子：扩散初始的扩散速度和扩散稳定后的影响面积，并且提出了两个权衡因子的适用条件。本文第一次将影响室内天然气扩散的因素分为四大项：压力梯度作用、温度梯度直接作用、密度浮升力作用、热力浮升力作用。 ②第二部分从公式推导为前文提出的理论寻求依据，将各种影响因素对组分气体扩散作用以数学式子表示出来，重点将影响组分气体扩散的因素用四个数学公式表示，然后用数量级分析，对比各个影响因素对扩散的作用权重，得到结论：扩散项中以组分压力梯度作用项为主，密度浮升力作用项会对压力梯度作用项产生明显的加强或阻滞作用，温度梯度作用项和热力浮升力作用项也会产生一定的影响，影响程度稍微小一些，也不可忽略。 ③第三部分通过数值模拟得到结论：温度梯度作用项与浮升力对天然气泄漏扩散速度的影响是相互独立的，并且温度梯度对天然气扩散作用与温度梯度方向相同，即温度梯度对天然气扩散的作用使天然气有向温度高的方向迁移的趋势。对于数量级相同的温度梯度作用项和热力浮升力作用项，热浮升力对天然气扩散的影响程度更强。 【关键词】：天然气 扩散 影响因素 温度梯度 浮升力 压力梯度
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU996;O552.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 引言（研究背景）7-9
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势9-12
• 1.2.1 国内外燃气泄漏扩散的研究方法及其研究现状9-11
• 1.2.2 扩散系数是研究气体泄漏扩散规律的关键11-12
• 1.3 本文研究内容和研究方法12-13
• 1.4 本章小结13-15
• 第二章 温度对天然气扩散的影响15-27
• 2.1 天然气扩散过程描述15-17
• 2.1.1 射流过程15-16
• 2.1.2 扩散过程16-17
• 2.2 温度对扩散系数影响的数学模型17-20
• 2.2.1 温度对天然气扩散系数的影响17
• 2.2.2 温度对天燃气扩散系数影响的数学模型17-20
• 2.3 温度对天然气扩散影响的数值模拟20-26
• 2.3.1 软件简介20-21
• 2.3.2 模型介绍21-23
• 2.3.3 数值模拟与结果分析23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 温度梯度对天然气扩散的影响的理论分析27-42
• 3.1 天然气扩散基础理论分析27-30
• 3.1.1 菲克定律27-28
• 3.1.2 组分质量守恒方程28
• 3.1.3 理想气体状态方程28-29
• 3.1.4 质量守恒方程29
• 3.1.5 湍流输运方程29-30
• 3.2 温度梯度对天然气扩散作用的理论推导及分析30-40
• 3.2.1 温度梯度对天然气扩散作用的理论推导30-31
• 3.2.2 温度梯度对天然气扩散作用的理论分析31-34
• 3.2.3 浮升力与温度梯度的关系34-36
• 3.2.4 浮升力作用与压力梯度项、温度梯度项的关系36-38
• 3.2.5 量纲分析38-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第四章 Fluent模拟研究42-60
• 4.1 模型介绍42-43
• 4.2 温度梯度的实现43-45
• 4.3 模拟过程结果分析45-58
• 4.3.1 数值模拟过程45-47
• 4.3.2 结果分析47-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 实际有热源的车间中温度梯度对气体扩散的影响60-69
• 5.1 模型介绍60-61
• 5.2 Fluent 模拟过程61-62
• 5.3 模拟结果分析62-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 结论与展望69-73
• 6.1 结论69-71
• 6.1.1 室内天然气泄漏扩散的影响因素69-70
• 6.1.2 各影响因素的作用机理70-71
• 6.1.3 数值模拟分析71
• 6.2 展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士期间发表的论文及参加科研情况的说明77

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