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埋地天然气管道泄漏扩散模拟

1年前浏览3963

1 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

组分输运多孔介质爆炸

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首次发布时间：2023-05-25

最近编辑：1年前

博士 | 工程师微信公众号：仿真助手

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1条评论

波比啵啵啵

签名征集中

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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