室内燃气泄漏扩散的数值模拟研究

室内燃气管道系统发生泄漏后,泄漏气体与环境空气不断混合,房间内气体浓度不断变化,达到爆炸极限时遇到点火源容易引发危险事故,近年来由于燃气泄漏引发的爆炸事故时常发生,造成了极大的人员伤亡和财产损失。因此本文以天然气和液化石油气为研究对象,采用理论模拟计算和实验研究相结合的方法对室内燃气泄漏扩散进行了研究,得到不同边界条件下室内燃气泄漏扩散的浓度分布及变化规律,研究结果有助于室内燃气管道安全设计,并可为室内可燃气体泄漏爆炸事故的预防提供理论依据。 基于连续性方程、动量方程、能量方程、无反应多组分输运模型以及浮力修正的k-ε双方程湍流模型建立了室内燃气泄漏扩散的数学模型,结合边界条件和初始条件,采用有限体积法对控制方程进行离散求解。 对室内燃气泄漏扩散进行数值模拟,着重研究了燃气种类、泄漏位置、泄漏口径、泄漏压力、室外风速及障碍物等边界条件对室内燃气泄漏扩散过程的影响,数值模拟结果表明相同时刻液化石油气泄漏扩散形成的浓度场比天然气泄漏扩散形成的浓度场要大；不同位置泄漏扩散形成的浓度场不同,泄漏位置与房间出口异侧,距离房间出口越远,房间内气体浓度越大；室内气体浓度与泄漏口径和泄漏压力成正比,与室外风速成反比；障碍物改变了室内气流的运动,对室内燃气的泄漏扩散有阻碍作用,泄漏气体容易在障碍物附近堆积,障碍物高度越高,泄漏扩散形成的浓度场越大,并得到了障碍物存在时不同位置泄漏扩散的浓度分布。 在理论模拟计算的基础上,搭建了泄漏扩散模拟小室,设计了实验系统,以二氧化碳替代液化石油气开展泄漏扩散实验,测得不同泄漏位置、不同泄漏口径、不同泄漏速率下室内燃气的浓度分布,获得了实验研究的泄漏气体扩散规律。实验结果与数值计算结果偏差在10%以内,但气体浓度变化趋势基本一致,验证了数值计算结果的有效性。