重气泄漏扩散影响因素分析及模型研究.docx

重气泄漏扩散影响因素分析及模型研究【摘要】重气扩散受多种因素影响过程复杂是目前泄漏扩散研究的重点。分析了重气扩散机理和影响因素对重气研究方法进行了介绍对比分析了箱模型、CFD模型、浅层模型和经验模型的适用范围和各自的优缺点得出CFD模型是研究重气扩散最准确分方法。【关键词】重气；扩散；泄漏；模型研究【Abstract】Heavygasdiffusionisaffectedbymanyfactorsandisacomplexprocess.Itisthefocusofthecurrentresearchofleakageanddiffusion.ThispaperanalyzesthegasdiffusionmechanismandinfluencefactorsofgastheresearchmethodsofthepapercomparisonandanalysisofthescopeofapplicationoftankmodelCFDmodeltheshallowlayermodelandexperiencemodelandtheiradvantagesanddisadvantagestheCFDmodelisthemostaccuratemethodofheavygasdispersionanalysis.【Keywords】Heavygas；Diffusion；Leak；Modelstudy0引言石油、化工行业在生产、存储和运输过程中存在多种有害的化学物质一般为了便于使用气态化工产品都需经过加压降温液化后再进行储存、运输容器内物质温度很低泄漏后如果直接接触人体就会造成冻伤事故。易燃、易爆、有毒也是化学品常有的特性一旦在一定气象条件下发生扩散后也会对人员和环境造成严重的损害[1-3]。因此深入研究重气扩散规律分析危险物质泄漏可能造成的影响程度和范围对突发性事故的应急预案编制和现场救护以及科学预防事故性泄漏的发生具有重要意义[4-5]。本文综述了多年来国内外学者对重气扩散各研究方法的进展情况并在此基础上分析了现场试验研究、实验室研究和模拟研究各自的优势提出了未来重气扩散研究的重点问题。1重气扩散机理及影响因素分析重气是指泄漏后与空气混合以气态或者气溶胶形式存在并且比重空气重的气态物质如氯气、丙烷、H2S等。与非重气不同的是重力对于重气云团的扩散过程起主导作用会产生重气效应沿地表聚集并扩散。重气云团常用Richardson数来判定。Ri准则认为如果Ri小于或等于某个临界值（在1～10之间）重气坍塌引起的扩散将让位于环境湍流引起的扩散扩散云团为重气云团[6]。重气云团在扩散过程中要经历重力沉降、空气卷吸、云团加热和向非重气扩散转化4个阶段的变化。重气扩散过程受到多种因素的影响大致可以分为操作因素和气象因素两大类。操作因素包含容器内泄漏物质的状态、压力、温度和比重。多数物质处在低温加压的液化状态容器上方有部分操作条件下的饱和蒸气。压力直接影响到物质的泄漏速度；温度影响到物质泄放后的闪蒸气化速率；比重表示重气与空气分子量的比值重气云团的比重越大扩散前期受重力作用的影响就越明显重气云团转化为非重气云团的时间也就越长。气象因素有风速、风向、大气温度等。风速影响重气云团的扩散速度；风向决定扩散的主要方向；大气温度影响云团的温度和密度。除此之外地表的坡度、粗糙度及障碍物的尺寸也是影响重气云团扩散的关键因素会影响泄漏物质的浓度空间分布情况。有实验表明当障碍物高度不太大时重气云团会从顶部绕过障碍物后方的一定区域浓度分布较低。2重气扩散模型研究2.1箱模型箱模型用来描述瞬间泄漏形成的重气云团的运动其核心是因空气进入而引起的气云质量增加速率方程。箱模型有三个假定条件：1）重气云团为正立的坍塌圆柱体圆柱体初始高度等于初始半径的一半。2）在重气云团内部温度、密度和危险气体浓度等参数均匀分布。3）重气云团中心的移动速度等于风速。重气扩散的箱模型示意图如图1所示。图1重气云团箱模型示意图依据假定条件、质量守恒定理和云团体积随时间的变化速率关系采用量纲分析法推导出云团浓度计算公式为：C=CO（x/V■■）-1.5x？叟V■■（1）式中：C――重气云团内部危险物质浓度kg/m3；CO――初始时刻重气云团内部危险物质浓度kg/m3；