CFDPro | 氨制冷系统中氨泄漏危害的仿真预测
研究背景
氨作为制冷剂应用于大中型冷冻加工及冷库的集中式制冷系统，取代对大气有害的氟利昂。氨具有可燃、易爆、有毒的特性，而集中式制冷系统冷却设备多为排管，系统复杂，氨储量较大，一旦发生泄漏事故，对泄漏点周围的影响范围大，作为有毒刺 激性气体，事故造成的人员上网和财产损失以及对民众造成的恐慌是不可估量的。
根据国家安全生产监督管理总局公布的事故，2002年到2009年底，发生液氨泄漏造成人员伤亡的事故总计10起，死亡36人，重伤19人，轻伤286人。
事故系统的在设计中容易积液，在管道中形成分层流动，形成CIHS的基础；
水锤速度可能超过20m/s，瞬时压力可能高达4000psia，可能超过常见低温氨制冷系统管道材料的脆性强度；
压力波持续时间极短，使得附近的减压阀来不及正常工作来保护管道系统。
图 1CIHS引发的冷凝器回水歧管氨泄漏事故（Wiencke, 2008）
CFD预测模型
在氨泄漏的具体场景，CFDPro软件功能的独特之处在于：
1 | CFDPro可压缩、非平衡态多相流模型使用独立状态方程来分析模拟气相和液相，能够模拟液相过冷和气相过热； |
2 | CFDPro内置了氨气、氨液的物性库，并NIST数据库基础上针对液态氨开发了独特的状态方程（Tait Ammonia）； |
3 | CFDPro冷凝相变模型中集成了氨的汽化潜热模型。 |
图 2 CFDPro内置的氨气、氨液物性库和独特的液态氨状态方程
图 3 冷凝模型集成了氨的汽化潜热模型
CFDPro案例
图4为使用CFDPro对图1的事故状态的模拟，显示了压力波在管道中的传播过程和瞬时压力幅值，最大压力计算结果与实测数据（3500-4530psig）符合良好。
图5 管道中最大压力的变化过程
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