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埋地天然气管道泄漏扩散模拟
来去匆匆
1年前
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前言
天然气具有易燃性、易爆性和毒性等特点,当埋地管道发生泄漏,燃气扩散到大气后,极易引起火灾、爆炸等事故,导致环境污染、人员伤亡和财产损失[1-3]。数值模拟仿真是埋地管道泄漏扩散问题的有效研究手段,今天我们做一个简单的埋地天然气管道泄漏扩散模拟案例。
2 模型与网格
建立如下的二维平面模型,对于土壤,高效的做法是将其等效为多孔介质,因此整个计算域包括空气域和土壤域,两个计算域都是流体域,地面将空气域与土壤域隔开。将管道圆周切割一小部分作为泄漏口,注意,我们不考虑管道内的天然气流动,因此管道内部网格掏空,如果要考虑内部流动,则需要用三维模型,将管道模型也建立,这种更符合实际情况,我们用二维模型仅仅作为演示。划分四边形结构网格,单元数43804,最小正交质量0.671。
3 求解设置与边界条件
对于该问题,用瞬态分析更为合适,如果不考虑风速的影响,那么稳态计算的结果就是整个计算域充满天然气。
启动组分输运模型,为了简化,我们将介质考虑为空气和甲烷二元气体。气体扩散系数2.1e-5(环境温度20℃)。
泄漏口设置为压力入口,输入全压值,组分为100%甲烷,本案例我们考虑压力2000Pa和5000Pa两个工况。
底部我们设置为壁面,即不考虑远距离向下的泄漏扩散。
地面设置为interior边界。
侧面和顶部均设置为压力出口边界,表压为0Pa,不考虑土壤深度对压力的影响,回流组分为空气。
土壤域设置多孔介质模型,参数设置参考文献[1],包括孔隙率、粘性阻力系数、惯性阻力系数、土壤颗粒直径、土壤导热系数等。
所有计算域初始化100%空气,速度为0。
瞬态计算,时间步长取0.1s,计算时长60s。
设置动画,观察泄漏扩散组分变化情况,我们关注天然气爆炸极限(体积分数5%~15.4%)浓度分布云图。
4计算结果
我们分别考虑泄漏口向上以及向下的泄漏扩散情况,压力分为2000Pa和5000Pa,不同工况的天然气爆炸极限。
参考文献
[1
] 埋地燃气管道泄漏扩散过程数值模拟
[
2] 埋地管道泄漏数值模拟分析
[3] 基于FLUENT的埋地天然气管道泄漏数值模拟
来源:仿真助手
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组分输运
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首次发布时间:2023-05-25
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波比啵啵啵
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1年前
老师买了搅拌摩擦焊流场仿真的课,怎么加您的联系方式啊
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