复杂地表形态下天然气泄漏扩散的三维数值模拟研究

【摘要】： 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引起的天然气泄漏和爆炸事故在国内外屡见不鲜。通过计算模拟分析天然气管道的泄漏扩散过程,并预测泄漏天然气的扩散范围,可以最大程度的减小由于扩散、火灾、爆炸引起的连锁反应所造成的人员和经济损失,从而对预防与控制此类事故,保证管道输送安全运营、保障人身财产安全具有重大的意义和科研价值。但是,天然气管线沿途经过的地表形态复杂多样,如,平原、山地、村庄和城市等。因此,处理各种复杂地表形态下的天然气泄漏扩散情况成为迫切需要。 通过分析总结天然气的特性,和影响扩散过程的因素,及长输天然气管道存在的风险,根据流体力学和热力学理论,进行了天然气管道泄漏量、紊动射流理论分析,证明了根据压降速率不能确定孔径大小,并确立一种以SCADA系统为辅助计算事故后天然气管道的泄漏孔径和任意时间内的泄漏量的方法。 通过详细分析总结了对天然气扩散影响的最大因素——风的特性,并根据风速耗散原理和建筑力学的有关理论知道,上风向的地表障碍对此地点风的高度梯度剖面曲线产生重大影响,高度梯度剖面曲线的不同反映在风速指数的不同,即此地点粗糙度的不同。总结起来就可以简单表述成:风速影响天然气扩散,地面粗糙度(即风速指数)影响风速及高度梯度,地形障碍决定地表粗糙度。最后,借助GIS系统根据某地点上风向的建筑障碍距此地点的距离、体积、高度、稀疏度和方位,用公式换算出此地点的地面粗糙度,从而以地面粗糙度为指标建立一种在GIS下区分不同地表形态的量化方法,从而有针对性进行模拟计算,即特征地形理论。从而解决了天然气在复杂地表形态下的扩散问题。 最后基于上述模型,采用计算流体力学仿真软件FLUENT进行模拟计算,最后计算分析总结在不同外界风速、不同管道架设方式、不同喷射方向、不同泄漏孔径、不同地形、不同泄漏压力等条件下对天然气扩散的影响情况;对非稳态扩散时天然气气云达到稳定所需时间也得出了结论,即天然气的浓度边界越小,则需要稳定的时间就越长。 【关键词】：天然气泄漏 扩散模拟 复杂地表形态 地面粗糙度 SCADA与GIS辅助
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TE88
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-16
• 1.1 研究背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 管道泄漏扩散的研究现状11-14
• 1.3 主要研究内容及创新点14-16
• 1.3.1 论文主要内容14-15
• 1.3.2 本文创新点15-16
• 第二章 天然气特性和长输管线的风险16-18
• 2.1 天然气的有害因素分析16
• 2.2 天然气扩散的影响因素16-17
• 2.3 天然气长输管道的风险17-18
• 第三章 天然气扩散基础理论18-30
• 3.1 气体扩散的一般理论18
• 3.2 紊动射流理论18-20
• 3.3 天然气泄漏过程分析20-22
• 3.3.1 天然气的射流过程20-21
• 3.3.2 天然气的膨胀过程21
• 3.3.3 重力作用对扩散的影响分析21-22
• 3.4 天然气管道泄漏量计算22-30
• 3.4.1 泄漏量计算理论22-24
• 3.4.2 根据压降速率不能确定孔径大小的证明24-27
• 3.4.3 以SCADA 系统为辅助计算天然气管道泄漏量和泄漏孔径的方法27-30
• 第四章 FLUENT 软件与数值模拟理论30-38
• 4.1 FLUENT 软件简介30-31
• 4.2 湍流模式理论31-32
• 4.3 天然气湍流扩散数学方程与K–Ε模型32-36
• 4.3.1 湍流扩散数学方程32-34
• 4.3.2 k–E模型34-36
• 4.3.3 物质扩散模型36
• 4.4 FLUENT 软件设置36-38
• 第五章 基于 GIS 的“特征地形”理论技术与实现38-51
• 5.1 技术理论产生背景38
• 5.2 GIS(Geographic Information System)介绍38-39
• 5.3 特征地形的由来及概念39
• 5.4 风的起源与特性39-45
• 5.4.1 风的起源39-41
• 5.4.2 风的特性41-45
• 5.5 地表障碍对扩散影响的量化转换的过程分析45
• 5.6 基于 GIS 求风速指数(即地面粗糙度)的方法45-49
• 5.6.1 风能耗散理论45-47
• 5.6.2 地面粗糙度指数及地貌分类的实用分析47-49
• 5.6.3 山地情况的适用说明49
• 5.7 基于GIS 归纳总结地面粗糙度的计算步骤49-51
• 第六章 天然气泄漏扩散模拟结果分析51-72
• 6.1 天然气向上喷射时风速大小对天然气扩散的影响分析51-56
• 6.2 架空天然气管道泄漏孔朝下气体向下喷射时的情况56-61
• 6.3 埋地天然气管道泄漏不同喷射方向情况下的对比61-64
• 6.4 泄漏孔径大小对扩散范围的影响64-65
• 6.5 地形因素对天然气扩散范围的影响65-67
• 6.6 不同泄漏压力对天然气扩散的影响对比图67-68
• 6.7 天然气的非稳态扩散68-72
• 第7章 结论72-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间所获得的奖励和发表的学术论文77-78
• 致谢78

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

圆筒形受限空间偏二甲肼毒气扩散安全性分析    陈家照;于文涛;廖斯宏;

罐区重质气体泄漏扩散的数值模拟分析    周宁;崔伟;潘东;

含硫天然气井井喷失控15分钟H_2S扩散数值模拟    王林元;邓洪波;李会芳;莫正平;

复杂地形条件下的重气扩散研究    曾喜喜

三高气田硫化氢泄漏扩散模拟及分级预警研究    田野

井口泄漏的煤层气扩散规律及安全相关问题研究    张燕鸣

储罐区可燃气体泄漏扩散模拟及爆燃灾害评估    王建

矿山独头巷道炮烟扩散规律的数值模拟研究    方鹏

危险物泄漏扩散过程的重气效应    张启平,麻德贤

隧道火灾模拟和烟气控制    郑晋丽

输气管道泄漏率计算与扩散模拟方法述评    于明;狄彦;帅健;

厂区天然气泄漏扩散的数值模拟研究    肖淑衡;梁栋;

热动力学问题的数值计算    林华令,黄风雷

天然气输送管道破裂泄漏量计算    蔺跃武,刘典明

可燃及毒性气体泄漏扩散研究综述    丁信伟,王淑兰,徐国庆

风工程中地貌分类与地面粗糙度指数的研究与应用    张相庭

高含硫天然气集输管道泄漏扩散数值模拟    于洪喜;李振林;张建;张永学;

障碍物对管道天然气泄漏扩散影响的数值模拟    刘延雷;郑津洋;赵永志;徐平;陈虹港;

含硫化氢高压天然气管道泄漏的数值模拟    胡夏琦

天然气管道泄漏扩散及爆炸数值模拟研究    秦政先

天然气管道泄漏H_2S扩散及影响区域的数值模拟与分析    罗志云

V形调节球阀的数值模拟及结构优化    姚晓春

地下建筑热工环境的数值分析研究    赵敬源;邱永亮;

水电站地下隧洞换热计算模型比较    苏华;

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十二讲 流体运动基础    张富强,王久彬

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十三讲 连铸结晶器中钢液流动的研究    张富强,王久彬

丙烯腈生产中环保问题探讨    李金元

液冷组件热设计    杨双根,金开军,朱春玲

浅谈雨水处理与排水体制的关系    范晓虎;

有毒气体大气扩散特点·数学模型及其伤害浓度作用时间分析    马树超;潘峰;袁九毅;仝纪龙;

花道泡水质模拟预测研究    潘晓东;唐健生;田竹君;李振兴;

基于“绿色化学”的医药高职实践教学整合模式的探索    丁勇,沃联群

输气管道泄漏喷射火热辐射危害分析    张建文;雷达;

混砂车搅拌罐流场分析方法    周思柱;陈翔;吴汉川;祝克强;黄天成;

基于GIS、实时气象信息的毒害性气体泄漏扩散模拟技术研究    蒋军成;张明广;

基于CFD的高含硫天然气井应急区域计算    朱渊;陈国明;

高压气体泄漏喷射和扩散的数值模拟    李伟;张奇;

多孔介质对自流式充气影响的数值模拟    石正军;唐涛;赵晓平;

基于FLUENT的发动机舱内部流场数值模拟    李贵;孙蓓蓓;朱壮瑞;高晔;

大型集装箱船桨舵干扰粘性流场的数值计算研究    沈兴荣;冯学梅;蔡荣泉;

靠背式测速探头感受特性的数值模拟研究    许进;植仲培;李军;凌长明;

表面张力与合金元素汽化对激光加热表面温度的影响    雷永平;史耀武;

生物多孔材料非稳态收缩及其对传热传质影响研究    刘显茜

高原山区地形条件下城市重气泄漏风洞实验与数值模拟    张朝能

皮肤选择性光热解效应与光疗及热损伤的评估方法和技术    龚玮

1100kV GIS中SF6断路器关键技术研究    韩书谟

喷杆喷雾机风助风筒多目标优化设计    刘雪美

青藏铁路五道梁冻土区工程结构热扰动研究    许兰民

面向目标搜索的群机器人协调控制及其仿真研究    薛颂东

压力容器蒸汽爆炸临界条件分析及后果仿真    王庆慧

铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶耐火及抗疲劳性能研究    别海燕

融合机器人视/嗅觉信息的气体泄漏源定位    蒋萍

塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟    张战锋

多级压气机三维流场数值模拟研究    魏国亮

高能燃料燃烧流场的数值模拟与结构设计    张哲衡

基于GIS人口密度模型的区域大气环境风险评价研究    范益君

LED彩色打印机内部温度场的数值计算    崔广云

带有自由表面流动的N-S方程的数值解法    刘海朋

基于Web GIS的油气管道事故应急救援系统模型研究    朱本廷

转化气制甲醇的系统安全分析    张峰

逆温霜冻条件下植物冠层数值模拟分析    龙志云

基于VTK程序下的锅炉炉内过程的可视化系统的开发与应用    张亮

有毒气体扩散风险分析模型探析    刘凯歌;

液化石油气罐区火灾爆炸分析与评价    程中林

三维计算流体力学数值模拟在重质气体扩散方面的研究综述    岳德钰;陈东升;李悦;

蒸气云火灾爆炸破坏作用预测方法的研究    江昀;汪佩兰;

可燃气体储罐区泄漏危险性定量分析    张武,宇德明

重烟羽扩散的风洞模拟实验研究    刘国梁,宣捷,杜可,赵汝敖

工业企业事故性泄漏扩散模型    葛秀坤;孙志红;

工业危险物质(重气)扩散数学模型研究综述    郑远攀;

山地地形重气扩散模拟中湍流模型的选择    李剑峰;刘茂;王靖文;

基于CFD的毒气泄漏中毒定量评估    章博;陈国明;

LPG罐区火灾爆炸事故后果评估    汪海良;刘英学;崔启笔;

人因失误分析——当代设备安全管理日益受到重视的新领域    戴树和;

工业园区事故风险评价研究    孙爱军

事故性泄漏动力学过程的理论与实验研究    潘旭海

重气扩散过程的数值模拟    魏利军

概率安全评价中人因可靠性分析技术研究    张力

重大危险源（液态烃类）泄散过程智能化实时预测方法的理论研究及其动态数值模拟    张启平

油气钻井工程项目风险分析与管理研究    赵俊平

煤与瓦斯突出预测及应急响应机制研究    郑茂杰

油港储运综合安全评价和预警应急系统研究    曹鑫

高含硫气田集输系统泄漏控制与应急方法研究    朱渊

高含硫天然气集输管道腐蚀与泄漏定量风险研究    章博

长输天然气管道泄漏扩散的数值模拟    桑博

受限空间天然气泄漏扩散和爆炸的数值模拟    于力

可燃气体泄漏扩散的CFD模拟研究    刘欣

含硫气井的大气环境风险评价与防范措施研究    陈安英

青岛地区8月份沿海近地层风场数值模拟和三维结构研究    林行

化工气体泄漏事故扩散规律的实验室研究    施志荣

开敞空间可燃气体扩散规律与爆燃现象的研究    牛坤

天然气管道泄漏扩散及爆炸数值模拟研究    秦政先

煤层气开采与集输工艺研究    肖燕

地下水电站电缆层重气扩散特性数值模拟及通风控制研究    秦丹

井喷后硫化氢扩散数值模拟研究现状    何世明;周小君;龙平;孙洪亮;敬承杰;

煤层气管道泄漏扩散的FLUENT模拟    徐暖筑;杨兆中;李小刚;徐宁;

基于CFD的深水天然气井喷爆炸危险区域分析    李修峰;陈国明;孟会行;朱渊;师吉浩;

工作在高海拔地区电子产品的绝缘性能变化分析    曹寅

烟气扩散的CFD数值模拟    金颖,周伟国,阮应君

可爆性气体泄漏扩散时均湍流场的数值模拟    孟志鹏,王淑兰,丁信伟

危险物泄漏扩散过程的重气效应    张启平,麻德贤

可爆性气体爆炸极限和爆燃转变成爆轰的研究    胡栋,龙属川,吴传谦,孙珠妹,程新路,王春彦

含热传导的冲击动力学有限元程序的研究与应用    黄晨光,段祝平

建筑物对空气污染物扩散影响的研究    郭少为,吴文权

地震次生毒气泄漏与扩散的数值模拟与动态仿真    赵振东,余世舟,钟江荣

水轮机特性曲线三维数值处理    王煜;姜德政;

大型汽轮机主汽调节阀的实验与数值分析    徐克鹏,蔡虎,崔永强,蒋洪德

苏州市区SO_2浓度神经网络预测研究    张启明

有害物质泄漏扩散的数值模拟    周波,张国枢

液化危险品储罐泄漏——扩散监测及仿真预警系统    吕武轩,汪国华,王志民,蔡信炎

天然气管道泄漏扩散模型研究    李又绿,姚安林,李永杰

ALOHA软件模拟分析环氧乙烷储罐泄漏事故    相艳景;刘茂;张永强;邬长城;

化学危险性气体泄漏扩散模拟及其影响因素    潘旭海,蒋军成

液化天然气站气体泄漏扩散的模拟实验    肖淑衡;梁栋;

高炉煤气泄漏扩散过程及中毒事故的风险分析    卫国平;

环境温度对高压储氢罐泄漏扩散影响的数值模拟    刘延雷;郑津洋;徐平;赵永志;陈虹港;

燃料车内氢气泄漏扩散数值模拟研究    刘延雷;秦永泉;盛水平;陈海云;王兵;

绿化带对氯气泄漏扩散影响的模拟研究    吴玉剑;潘旭海;孙智灏;

水电站GIS电缆层SF_6泄漏防护通风的数值模拟与分析    秦丹;何天祺;刘勇;丁宗果;

液氯泄漏扩散危害性分析    李俊侃;

基于GIS的天然气泄漏事故现场人员疏散系统    于彦飞;

危险化学品槽车泄漏事故扩散特点与模拟分析    武麟;

大量有毒重气泄漏扩散事故危害评价浅析    石祥;

液氯泄漏扩散后果模拟分析及防范对策    李竹霞;秦言杰;夏昕;

基于GIS、实时气象信息的毒害性气体泄漏扩散模拟技术研究    蒋军成;张明广;

城市氯气泄漏事故的安全距离应用研究    凌英;孙燕;

1350m~3高炉煤气系统严重泄漏的危害程度研究    庞春芬;

港口石油化工码头及其库区灾害事故应急系统研究    褚家成;徐连胜;俞维纫;胡燕飞;蒋平昌;

我市举行液氯泄漏应急救援演练    记者　温希

堵住化学品泄漏的“口子”    潘六林

姜传胜 科研是最民主的    本报记者 史文婕

齐鲁石化污水COD值优于国标    王向辉

构建防灾避灾体系 为建设新农村服务    段景瑞

安全技术为安稳生产保驾护航    徐波

打好最后一张牌的底气与智慧    本报记者 赵莉

宁夏地震灾害特点    自治区政协人口资源环境委员会供稿

浙江省特检院天然气长输管道安全研究获突破    记者 曹吉根

危险气体扩散监测预警系统通过验收    记者 董永春　通讯员 王桂娟 邓华

大型液化天然气储罐泄漏扩散数值模拟    庄学强

高压氢气快充温升控制及泄漏扩散规律研究    刘延雷

多源气体泄漏扩散的实验及数值模拟研究    朱红亚

重气扩散过程的数值模拟    魏利军

高原山区地形条件下城市重气泄漏风洞实验与数值模拟    张朝能

基于失效库的在役天然气长输管道定量风险评价技术研究    张华兵

化工装置事故的多米诺效应定量分析关键问题研究    陈明亮

居室天然气泄漏扩散过程仿真研究    赵晶

受限空间天然气泄漏扩散和爆炸的数值模拟    于力

液化气体储罐泄漏扩散模型的研究及应用    李梅

天然气管道泄漏扩散事故危害评价    王新

双层天然气管道泄漏扩散特性仿真研究    王玉石

埋地成品油管道小孔泄漏扩散的数值仿真模拟    符泽第

液氯储罐泄漏扩散数值模拟研究    严冬

储罐区可燃气体泄漏扩散模拟及爆燃灾害评估    王建

长输天然气管道泄漏扩散的数值模拟    桑博

化工企业地震次生毒气泄漏扩散规律及风险评估研究    谢红梅