【埋地天然气管道泄漏扩散模拟分析案例2900字】

埋地天然气管道泄漏扩散模拟分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u18751埋地天然气管道泄漏扩散模拟分析案例 18231.1不同土壤对泄漏扩散影响 1110981.2土壤含水率对泄漏扩散的影响 640301.3孔隙率对泄漏扩散的影响 8对存在不同工程状况的影响下输气管道在不同条件下发生泄漏时的模拟进行仿真,其中设置泄漏口径大小均为0.05m,选取x-y平面进行观察,在不同的时间节点(t=3s、t=10s、t=15s)获取甲烷扩散的浓度云图,并制作对应的等值线图以便于观察分析。1.1不同土壤对泄漏扩散影响本节研究如果把天然气管道埋在不同的土壤中时，不同性质的土壤会对天然气的扩散产生什么影响。本文选择了沙土、壤土、粘土作为研究对象，假设土壤的含水率及其他的物性参数均相同。表1.1为三种土壤的基本物性参数，表1.1物性参数Table.1.1physicalparameters土壤类别孔隙率粘性阻力系数/惯性阻力系数/沙土0.25壤土0.43粘土0.30工况一：将天然气管道埋在粉质沙土中，图1.1分别对应天然气发生泄露后3s、10s、15s时的浓度云图和等值线图；工况二：将天然气管道埋在壤土中，图1.2分别对应天然气发生泄露后3s、10s、15s时的浓度云图和等值线图；工况三：将天然气管道埋在沙土中，图1.3分别对应天然气发生泄露后3s、10s、15s时的浓度云图和等值线图。（a）t=3s（b）t=10s（c）t=15s图1.1粉质沙土-甲烷浓度云图和等值线图Figure1.1Powdersand-methaneconcentrationcloudmapandcontourmap（a）t=3s（b）t=10s（c）t=15s图1.2壤土-甲烷浓度云图和等值线图Figure1.2cloudandcontourmapofloammethaneconcentration（a）t=3s（b）t=10s（c）t=15s图1.3粘土-甲烷浓度云图和等值线图Figure1.3cloudandcontourmapofclaymethaneconcentration（1）浓度云图分析根据上文的浓度云图可以看出，泄漏的气体水平跨度比较小，在横向上的扩散范围移动较小，泄漏气体在竖直方向上要比水平方向上运动的速度快，输气管道的泄漏气体主要的流动方向为向高空流动，泄漏位置附近的气体浓度最高。气体顶部的气团以“蘑菇云”的形状再向四周扩散，是因为泄漏气体在于空气混合的过程中，能量会不断的进行交换，形成了卷吸效应，扩散的气体浓度是沿着射流轴线对称分布的，其两侧压力是相同的，甲烷的浓度梯度分布呈现出由内向外逐渐降低的特点。当t=3s时，气体的高浓度区域所占比例极大，此时的甲烷已经穿过了土壤扩散到了大气中。分析可知，天然气泄漏的开始阶段，在土壤的阻碍下，短时间内大量的天然气会在泄漏口附近聚集，从而导致浓度增加。此时如果遇明火极易发生爆炸，会对附近的人员及建筑造成一定的伤害。（2）等值线图观察上文的等值线图分析可知，天然气的低浓度区域所在的比例越来越大。工况一：当t=3s时，气体扩散到最远处的下限浓度值为0.05，此时的扩散高度为9.4米，t=10s时，浓度为0.05的天然气范围界限高度达到了42米，t=15s时，浓度为0.05的泄漏气体在大气中流动的最高高度为86米。工况二的分析结果：当t=3s时，输气管道的泄漏气体在大气中流动最远范围界限的浓度值为0.05，泄漏气体扩散的最高高度为8.43米，t=10s时，浓度为0.05的天然气范围界限达到了36米，t=15s时，气体扩散到最远处52.1米的下限浓度值为0.05。工况三：当t=3s时，气体扩散到最远处的下限浓度值为0.05，，扩散的高度达到了8.2米，t=10s时，气体扩散到最远处31.4米的下限浓度值为0.05。t=15s时，浓度为0.05的天然气范围界限高度达到了49.8米。由此可以看出沙土中管道发生泄漏天然气扩散的比较快，在相同的时间跨度内，埋在沙土中的管道所泄漏的天然气扩散的范围越来越大，明显比埋在壤土粘土的管道泄漏的天然你气中扩散的范围大。1.2土壤含水率对泄漏扩散的影响本节主要考虑在泄露口d=0.05m相同的情况下，设置单一影响因素为土壤含水率，其他参数相同时，模拟土壤中的不同含水率对天然气扩散的影响。工况一：设置的土壤含水率为15%,工况二：设置的土壤含水率为25%。图1.4为管道所埋的土壤的含水率为15%时，天然气发生泄漏后3s、10s、15s时的浓度分布云图和对应的等值线图；图1.5为管道所埋的土壤的含水率为25%时，天然气发生泄漏后3s、10s、15s时的浓度分布云图和对应的等值线图。（a）t=3s（b）t=10s（c）t=15s图1.4含水率15%-甲烷浓度云图和等值线图Figure1.4watercontent15%-cloudandcontourmapofmethaneconcentration（a）t=3s（b）t=10s（c）t=15s图1.5含水率25%-甲烷浓度云图和等值线图Figure1.5watercontent25%-cloudandcontourmapofmethaneconcentration（1）浓度云图分析根据上文的甲烷浓度云图可以发现，土壤含水率也会对管道的泄漏扩散有影响作用。从上图中可以看出相同时间内甲烷的浓度下限值扩散到的范围有些不同，但是每种情况的扩散形状基本上相同。如同第一个模拟实验一样，泄漏后的天然气扩散运动的主要形势为垂直向上扩散，在泄漏源的横向两侧并没有什么大范围的波动。从模拟结果可以看出，两种工况下，15s时间内天然气泄漏扩散的危险区域仍在所建立的模型之内，并没有扩散到计算域以外。当t=15s时，甲烷扩散区域已经很大，且5%～20%vol空间区域比较大。（2）等值线图分析观察上文的等值线图分析可知，在天然气发生泄漏3s后，两种工况下，甲烷都已经穿过了土壤扩散到了大气中，并以蘑菇云的形状向外继续扩散。工况一:当t=3s时，气体扩散到最远处的下限浓度值为0.05，气体的扩散高度达到9.4米；当t=10s时，气体扩散到最远处的下限浓度值为0.05，气体的扩散高度为41.3米；t=15s时，浓度为0.05的天然气范围界限高度达到了47.4米。工况二:t=3s，气体扩散到最远处的下限浓度值为0.05，气体的扩散高度为达到了8.94米；当t=10s时，浓度为0.05的天然气范围界限的高度为39.7米；t=15s时，浓度为0.05的天然气范围界限高度达到了45.6米。可以明显看出，同一时刻，管道埋在含水率低的土壤中，扩散的速度更快一些，天然气扩散的更远，随着时间的变长，0.05浓度的扩散的高度相差的越来越大。1.3孔隙率对泄漏扩散的影响季节性冻土是受季节性的影响生成的，冬天土壤会冻成冰，到了春季或夏季土壤又会解冻，我们把这个反复的过程叫做冻融。土壤的物理性质、结构、构造都会因为反复的冻融作用产生某些变化产生。本节主要研究如果将天然气管道道埋在季节性冻土的壤土中，壤土冻融前后的孔隙率的变化会对天然气的泄漏产生什么影响。假设冻融前后的孔隙率变化分别为0.3和0.4,其他参数保持相同。工况一：将天然气管道埋在结冻前的孔隙率为0.3壤土中，图1.6应天然气发生泄露后3s、10s、15s时的浓度云图和等值线图；工况二：将天然气管道埋在融化后的孔隙率为0.4壤土中，，图1.7为天然气发生泄露后3s、10s、15s时的浓度云图和等值线图。（a）t=3s（b）t=10s（c）t=15s图1.6孔隙率0.3-甲烷浓度云图和等值线图Figure1.6porosity0.3-cloudandcontourmapofmethaneconcentration（a）t=3s（b）t=10s（c）t=15s图1.7孔隙率0.4—甲烷浓度云图和等值线图Figure1.7porosity0.4-cloudandcontourmapofmethaneconcentration（1）浓度云图由上文的浓度云图观察可以发现，天然气在两种工况下扩散的情况基本都是一样的，扩散的形状也相同。和前两个的过程，输气管道泄露位置的泄漏气体浓度达到最大，泄漏气体的浓度随着流动高度的增加逐渐递减，在递减的过程中，开始降低的时候跨度较大，浓度下降的迅。随着泄漏时间的增加，泄漏气体浓度下降的速率会缓慢，甲烷在土壤中的扩散云图由凸型的方式向地表逐渐扩散，以垂直运动的方式向大气中扩散开去。（2）等值线图观察上文的等值线图分析可知，天然气在两种工况下泄漏扩散的速度和范围基本一样，没有明显大的区别。工况一结果分析：当t=3s时，气体扩散到最远处的下限浓度值为0.05，气