天然氣可燃?xì)庠茢U(kuò)散的模擬仿真分析案例1.管道可燃?xì)庠茢U(kuò)散規(guī)律（1）氣體擴(kuò)散過(guò)程分析以泄漏速率32kg/s、在東北風(fēng)常風(fēng)速2m/s的工況下為例，分析管道處可燃?xì)庠频臄U(kuò)散過(guò)程?？扇?xì)怏w泄露點(diǎn)為（135,148,1）沿著+X（東）方向高速噴出?？扇?xì)庠瓢l(fā)展規(guī)律如下圖所示：（a）t=6s（b）t=7s（c）t=8s（d）t=9s（e）t=10s（f）t=15s圖1.3管道泄漏天然氣可燃?xì)庠瓢l(fā)展過(guò)程Fig.1.3Pipelineleakageofnaturalgasgasclouddevelopmentprocess由圖1.3可知，可燃?xì)怏w開始由管道（135,148,1）處沿著+X（東）方向高速噴出，以泄漏孔為中心向上部空間以及周圍方向迅速擴(kuò)散。5s時(shí)管道周圍聚集了大量高濃度甲烷氣體，可燃?xì)庠瓶臻g體積為151.54m3；在風(fēng)向作用下，可燃?xì)庠崎_始向-Y方向偏移，并與周圍空氣逐漸混合，不斷向周圍大氣中擴(kuò)散。周圍大氣也會(huì)在粘性作用下隨著泄漏氣體一起流動(dòng)，形成湍流。泄漏發(fā)生后0~10s時(shí)間段內(nèi)，可燃?xì)怏w擴(kuò)散范圍迅速增大，20s后擴(kuò)散范圍蔓延速度逐漸變慢，40s后基本穩(wěn)定，擴(kuò)散范圍達(dá)到最大。（2）可燃?xì)庠企w積分析圖1.4管道泄漏天然氣可燃?xì)庠企w積變化曲線Fig.1.4Changecurveofgascloudvolumeofpipelineleakagenaturalgas如圖1.4所示，擴(kuò)散初期0~15s時(shí)間段內(nèi)，可燃?xì)庠频目臻g體積呈明顯的上升趨勢(shì)。15s后，可燃?xì)庠企w積有一個(gè)起伏波動(dòng)，可能由于風(fēng)速的原因，致使天然氣短時(shí)間擴(kuò)散，可燃?xì)庠企w積變小。由于來(lái)風(fēng)氣流比較穩(wěn)定，風(fēng)速對(duì)井噴天然氣擴(kuò)散行為的影響作用比較微弱，天然氣自身因密度小，浮力起主導(dǎo)作用，導(dǎo)致可燃?xì)庠粕喜靠臻g發(fā)展。同時(shí)向下風(fēng)方向發(fā)生一定傾斜，橫向方向擴(kuò)散范圍繼續(xù)增大，因此空間體積持續(xù)增加，在40s后基本保持平穩(wěn)狀態(tài)。2.壓縮機(jī)房可燃?xì)庠茢U(kuò)散規(guī)律（1）氣體擴(kuò)散過(guò)程分析以泄漏速率65kg/s、在東北風(fēng)常風(fēng)速2m/s的工況下為例，分析壓縮機(jī)可燃?xì)庠频臄U(kuò)散過(guò)程。可燃?xì)怏w泄露點(diǎn)為（150,231,3）,沿著-Y（南）方向高速泄漏?？扇?xì)庠瓢l(fā)展規(guī)律如下圖所示：（a）t=5s（b）t=15s（a）t=25s（b）t=35s圖1.5壓縮機(jī)房泄漏天然氣可燃?xì)庠瓢l(fā)展過(guò)程Fig.1.5ThedevelopmentprocessofgascloudofleakingnaturalgasinCompressorroom由1.5可知，壓縮機(jī)房可燃?xì)怏w泄漏及擴(kuò)散過(guò)程可以根據(jù)其不同的擴(kuò)散特點(diǎn)分為四個(gè)階段：向前噴射階段、觸墻反彈階段、快速傳播階段與穩(wěn)定傳播階段。向前噴射階段：可燃?xì)怏w由壓縮機(jī)（150,231,3）處沿著-Y（南）方向高速泄漏至壓縮機(jī)房墻體處，歷時(shí)約0.2s。該階段氣體傳播過(guò)程中，擴(kuò)散軌跡主要受初始泄漏方向-Y（南）影響。觸墻反彈階段：擴(kuò)散氣體到墻體后受到阻攔及反射作用后改變方向，同時(shí)受到風(fēng)速影響，開始斜向上擴(kuò)散的過(guò)程。在該過(guò)程中，泄漏氣體到墻體后開始向四周擴(kuò)散。由于在短時(shí)間內(nèi)泄漏點(diǎn)下方的設(shè)備區(qū)域聚集大量泄漏氣體且擴(kuò)散方向不一致，因而產(chǎn)生湍流，擴(kuò)散速度加快。橫向方向上，可燃?xì)怏w擴(kuò)散至旁邊另一臺(tái)壓縮機(jī)附近，遇阻后運(yùn)動(dòng)方向改變開始斜向上傳播?？v向方向上，在風(fēng)力及浮力作用下大量可燃?xì)怏w斜向上傳播并在25s左右擴(kuò)散至房屋頂端?？焖賯鞑ルA段：大量氣體觸地反射斜向上傳播后至氣體逐漸覆蓋整個(gè)房屋上部的階段。在該氣體傳播過(guò)程中，湍流效應(yīng)不斷加強(qiáng)。一方面，在氣體不斷沿縱向傳播過(guò)程中周圍大氣受粘性作用隨之開始運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生湍流；另一方面，氣體在傳播過(guò)程中由于障礙物的阻礙作用亦會(huì)形成不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。因而，受湍流運(yùn)動(dòng)影響氣體傳播速度逐漸增大，傳播范圍快速擴(kuò)大。穩(wěn)定傳播階段：可燃?xì)怏w在快速擴(kuò)散之后各區(qū)域氣體濃度逐漸達(dá)到穩(wěn)定的氣體傳播階段，為整個(gè)傳播過(guò)程的最后一個(gè)階段。在該階段中，可燃?xì)怏w已覆蓋泵房上部主要結(jié)構(gòu)區(qū)域，各方向的最遠(yuǎn)傳播距離逐漸達(dá)到穩(wěn)定。（2）可燃?xì)庠企w積分析在研究天然氣的泄漏擴(kuò)散時(shí)，主要研究可燃范圍內(nèi)氣云的變化及運(yùn)移擴(kuò)散規(guī)律。根據(jù)泄漏天然氣的組分，計(jì)算得到泄漏天然氣的爆炸極限5.1%~11.2%。圖1.6為天然氣泄漏后等效化學(xué)當(dāng)量可燃?xì)怏w云團(tuán)體積Q9隨時(shí)間的變化曲線。由圖1.6可知，發(fā)生泄漏后，可燃?xì)庠企w積緩慢上升。在18s時(shí)，可燃?xì)怏w體積達(dá)到849.66m3，隨后可燃天然氣體積在31s的時(shí)間范圍內(nèi)急劇上升，可燃?xì)怏w的體積達(dá)到10575m3；之后可燃?xì)怏w體積在18s的時(shí)間范圍內(nèi)快速下降，在67s時(shí)，可燃?xì)怏w體積達(dá)到5271.5m3；最后可燃?xì)怏w體積不再發(fā)生劇烈變化，圍繞5195.5m3上下波動(dòng)，說(shuō)明此時(shí)擴(kuò)散已基本穩(wěn)定，與天然氣擴(kuò)散