隧道內危險性物質泄漏擴散及事故預防研究.pdf

1、在石油、化工等行業(yè)中，易燃、易爆及有毒有害物質在儲運過程中經常發(fā)生泄漏事故。若得不到及時有效地控制，泄漏后的危險性物質容易造成中毒、火災或爆炸，從而對附近的居民和周圍環(huán)境造成很大的危害。如果事故發(fā)生在隧道等相對封閉空間內，造成的危害更加嚴重。因此，研究危險性物質的泄漏擴散，對于科學預防事故的發(fā)生以及指導緊急救災具有重要理論價值和實踐意義。 本文將計算流體力學(ComputationalFluidDynamics，簡稱CFD)方

2、法與安全系統(tǒng)工程理論相結合，對危險性物質在隧道內發(fā)生泄漏氣相和氣液兩相擴散過程進行了數(shù)值模擬研究和評估，得到了以下結論： 1.以RANS方程為控制方程，采用基于simple算法的有限體積法對危險性物質運載車在隧道內行駛過程中發(fā)生有限孔泄漏氣體的擴散過程進行了研究。分析了危險性物質以水平和垂直兩種不同的形式噴出儲罐后的流場和濃度場，同時還考慮了后面跟隨車輛及隧道頂部通風對擴散過程的影響。計算結果表明：水平釋放時，危險物濃度主要集

3、中在車輛后部小范圍內，隧道內車輛行駛保持30m以上間距是比較安全的；泄漏一旦發(fā)生要及時快速地撤離車輛防止危險介質聚集。當垂直噴射時，需要防止隧道頂部的機械物摩擦出現(xiàn)明火。同時，隧道上部有排氣方式，能有效地降低事故發(fā)生的概率。 2.采用相間耦合的Eulerian-Lagrangian方法，對裝有丙烷的容器發(fā)生有限孔泄漏，氣液兩相閃蒸射流擴散過程進行了數(shù)值研究。 首先，數(shù)值模擬了英國衛(wèi)生安全執(zhí)行局(HSE)J.T.All

4、en博士提供的丙烷兩相閃蒸流實驗。其中，應用了隨機軌道模型和顆粒群模型，考察它們數(shù)值預測液滴在湍流流場中擴散的能力。結果表明：隨機軌道模型能較好地反映湍流脈動對帶液滴擴散的影響，適用于有蒸發(fā)現(xiàn)象的兩相流擴散問題。 其次，將上述相間耦合的Eulerian-Lagrangian隨機軌道模型用于小約束空間的計算，得出的射流物理參量的空間分布，揭示了射流發(fā)展過程中的物理現(xiàn)象。計算結果表明：當射流發(fā)展到離出口距離為1/3位置時，氣相混合

5、物的溫度大于丙烷液滴的飽和溫度，液滴完全蒸發(fā)，這比國外學者Vandroux-Koenig和Pereira-Chen所得的結果更符合實際情況。此外，分析了影響兩相射流運動的主要因素，得出：在一定范圍內，射流速度、液滴大小、液滴體積分數(shù)等因素對兩相閃蒸流擴散模擬結果影響不大。計算得到的物理參量分布，為進一步數(shù)值研究隨后發(fā)生的燃燒及爆炸過程提供初始條件。 最后，數(shù)值研究了隧道內丙烷液化氣運載車發(fā)生泄漏，兩相閃蒸流三維擴散的情況。模擬

6、得到了前人尚未計算出的、只有實驗才能觀察到的橫向擴散分叉現(xiàn)象。它是重氣擴散的一個特點：重氣橫向擴散中濃度分布在軸線附近存在一個凹陷，不同于通常所認為的在軸線位置擴散介質的濃度最高。 3.以某天然氣礦井井噴事故為背景，利用安全系統(tǒng)工程中的相關理論進行事故分析。對泄漏事故中有毒氣體擴散過程進行了數(shù)值計算，并結合毒負荷的概念進行危險分區(qū)。此外，數(shù)值分析了隧道內由液化氣泄漏兩相擴散引起的火災，結合安全系統(tǒng)工程中的“人-機-環(huán)”理論提出