【某企業(yè)車間液氮泄露模擬模型的計算7200字（論文）】

第3章基于Fluent模擬氮氣管道泄漏擴散3.1氮氣泄漏擴散的模擬3.1.1氣體射流氣體射流是指氣體從泄漏口向外噴射所形成的流動，本文主要研究氣體射流出流后的濃度場。氮氣在有限空間內(nèi)發(fā)生泄漏，在不同泄漏速度下，設(shè)置窗戶為壓力出口，對泄漏時間為30s的氮氣擴散過程進行仿真模擬，射流流體的流動受出流空間的影響，稱為有限空間的射流。氮氣的出口速度大，呈湍流狀態(tài)，發(fā)生湍流射流[6]。3.1.2有限空間內(nèi)氮氣管道泄漏擴散的模擬這里以有限空間內(nèi)右方有窗無風時為例，圖集3-1至3-2為氮氣管道擴散的各個時間點（T=1s,30s)氮氣質(zhì)量分數(shù)空間分布圖。下列三圖是泄漏速度分別為5m/s，7m/s，9m/s的氮氣擴散云圖圖3-1T=1s三種速度下氮氣質(zhì)量分數(shù)空間分布圖在氮氣管道剛剛開始發(fā)生泄漏時，未受到任何外力影響，此時由于氮氣管道內(nèi)速度較快，氮氣動能較高，故而使得氮氣呈柱狀射出，但在距離泄漏口稍遠一些的地方氮氣動能下降，受到阻力浮力及重力影響，使得氮氣開始向四周分散。通過比較1s時三種速度下氮氣泄漏模擬云圖可以得知當泄漏速度越大時，其氣體射流越長，泄漏動能變小后擴散的范圍更廣。圖3-2T=30s三種速度下氮氣質(zhì)量分數(shù)空間分布圖由3-2對比三圖可得知，在泄漏30s之后在三種速度下泄露的氮氣大部分都已經(jīng)接觸到計算域上方，在泄露速度更大的情況下氮氣泄漏擴散范圍更廣，且泄漏口處的濃度更高。氮氣質(zhì)量分數(shù)的空間分布范圍一步一步擴大。氮氣不斷地向外部擴散，泄漏的氮氣受到的慣性力作用慢慢減小，重力開始主導氮氣的擴散方向，使得氮氣主要向下擴散，導致近地面的氮氣濃度增加，但由于氮氣的質(zhì)量分數(shù)小于空氣所以氮氣會向計算域上方擴散，從而形成了渦流。3.2泄漏點高度對氮氣泄漏擴散范圍的影響3.2.1泄漏點位置這里設(shè)置泄漏點高度分別為2M、4M、6M，通過不同的泄漏點高度，研究固定泄漏速度5m/s和固定泄漏時間30s中的氮氣擴散云圖。如圖3-3所示圖3-4T=30s三種泄漏口高度下的氮氣擴散范圍通過圖3-4可得到以下結(jié)論；隨泄漏口高度由低變高，30s時氮氣泄漏擴散范圍呈波浪形趨勢，泄漏點較低時擴散范圍較小，當高度適中時氮氣擴散范圍變大，而當泄漏高度到達更高點時，氮氣的擴散范圍變小。結(jié)合以上三圖可知當泄漏點的位置適中時，氮氣的擴散范圍會更廣泛，也更易于擴散。當泄漏點位于高處或低處時，會使得氮氣更易于聚集，使得局部區(qū)域氮氣濃度過高。為了更加準確的研究不同泄漏點位置對氮氣泄漏擴散造成的影響，以及知悉各個部分的氮氣濃度，在計算域內(nèi)設(shè)定4個測點。因為人體吸入氮氣后會出現(xiàn)“氮酩酊”，因此設(shè)定了3個測點的高度是正常人的鼻腔處1.5m。測量離地7.5m位置氣體檢測儀處的氮氣濃度，通過研究測點處液氮的濃度，可以研究從業(yè)人員在氮氣泄漏時如何進行逃生或采取何種措施減少傷害，為實際工程中預(yù)防氮氣泄漏事故的產(chǎn)生提供一定的參考意義。各個測點的具體坐標如表3-1所示。表3-1各個測點的坐標測點1234坐標(0.5，7.5)(0.5,1.5)(5,1.5)(9.5，1.5）圖3-7測點1、2、3、4在三種泄漏點高度位置下的氮氣質(zhì)量分數(shù)變化圖結(jié)合四個測點在不同時間段的氮氣濃度質(zhì)量分數(shù)來看，我們了解到無論在那種測點，泄漏點在4m位置時四個測點都會受到泄露氮氣的影響，即是說當泄漏源在墻壁中間位置時，擴散范圍最遠，影響范圍最廣，故而為企業(yè)內(nèi)設(shè)置氮氣管道時，應(yīng)盡量避免將氮氣管道設(shè)置在車間墻壁中央。同時我們發(fā)現(xiàn)在測點2（0.5，1.5）、測點3（5，1.5）、測點4（9.5，1.5）處時都會被2m處的泄漏源影響，而當泄漏點在6m處時這三個測點受到的影響近乎為0，故而在企業(yè)車間設(shè)置氮氣管道時，可選擇將管道置于高處，減少氮氣泄漏的危害，也能夠為相關(guān)作業(yè)人員留出自救或控制時間?？偟膩碚f，通過對泄漏點不同位置的研究，我們可以得出，若將氮氣管道設(shè)置在高空位置時，更利于企業(yè)的生產(chǎn)安全，同時在氮氣突然泄漏時，相關(guān)操作人員也能在發(fā)生危險時迅速撤出，為相關(guān)人員留出逃生時間和空間，但不得不提的是液氮泄露的同時會將周圍溫度降低，從而影響相關(guān)人員的生命安全，而將管道置于高處時，溫度下降也不會迅速影響到操作人員。3.2.2泄露點口徑對于氮氣擴散范圍的影響氮氣泄漏速度保持為5m/s，其他條件不變。圖3-9、3-10和3-11分別為泄露口徑為30mm、40mm、50mm時氮氣泄漏擴散30s的質(zhì)量分數(shù)空間分布云圖圖3-9泄露口徑30mm，T＝30s氮氣質(zhì)量分數(shù)空間分布圖圖3-10泄露口徑40mm，T＝30s氮氣質(zhì)量分數(shù)空間分布圖

圖3-11泄露口徑50mm，T＝30s氮氣質(zhì)量分數(shù)空間分布圖結(jié)合圖3-9、3-10和3-11可以明顯得到以下結(jié)論泄漏口徑越大時，泄漏氮氣更多且擴散的更廣泛，當?shù)獨鈴男孤┛谛孤┖髸驗橹亓τ绊懚蛳聰U散，但氮氣的質(zhì)量分數(shù)與空氣相近，在浮力的作用下氮氣形成了回流，與向下擴散的氮氣相遇形成渦流。當?shù)獨庑孤┛趶阶兇髸r，相同時間內(nèi)，口徑大的泄漏點處擴散的氮氣更廣泛，同時濃度也更高，其中大部分的氮氣聚集在上方形成回流與后續(xù)噴涌而出的氮氣形成渦流，而當?shù)獨庑孤c較小時則未形成回流。在該計算域內(nèi)氮氣未充滿計算域，由此可知當廠房內(nèi)空間較大時一些情況下是具有短暫的逃生時間和逃生空間，可以為相關(guān)從業(yè)人員提供一些經(jīng)驗以避免危害到從業(yè)人員的生命健康?？紤]實際情況中液氮泄漏時具有超低溫，會使得周圍溫度驟降，從而導致接觸物品發(fā)生脆化，會使得泄漏口變大，讓更多的氮氣流入到該空間內(nèi)使得空間內(nèi)的溫度急速降低，這時若有作業(yè)人員應(yīng)立即撤離，并通知上級，準備齊全后進行現(xiàn)場維護和現(xiàn)場處理。3.3本章小結(jié)氮氣泄漏事故如果處理不當，便會造成重大的人員傷亡事故，故而要求企業(yè)能在短時間內(nèi)作出反應(yīng)，及時且得當?shù)奶幚?，避免造成更大的人員傷亡事故。本章主要研究了但其泄露速度、氮氣泄漏口高度以及氮氣泄漏口口徑大小對氮氣泄漏擴散的影響，研究了各個條件下氮氣泄露濃度及各個監(jiān)測點處的濃度大小，總結(jié)出氮氣泄露在特定條件下的一些規(guī)律，為企業(yè)了解、預(yù)防和及時處理提供一些參考和幫助，盡量避免相關(guān)從業(yè)人員傷亡，保證相關(guān)從業(yè)人員的生命健康，保護企業(yè)生產(chǎn)安全，保障公共安全。也給相關(guān)從業(yè)人員一些啟發(fā)，在遇到氮氣泄露時能夠進行及時有效的自救。第4章結(jié)論與展望4.1結(jié)論本文利用物理模型簡單的模擬研究了氮氣泄漏擴散事故，其中囊括了氮氣在有限空間內(nèi)泄漏擴散的過程和影響其泄漏范圍的條件，并對四個不同測點處的濃度進行了研究，為氮氣泄漏事故的預(yù)防及應(yīng)急處理提供了一些可參考項。采用了先進的FLUENT軟件建立了氮氣泄漏的物理模型，并在物理模型內(nèi)進行了網(wǎng)格的劃分和局部加密，用實際情況定義了邊界條件和初始條件。對于不同的泄露速度，不同的泄漏口高度，不同的泄漏口大小的工況下分別進行了模擬。針對以上研究，本文主要結(jié)論如下：氮氣從管道裂縫處泄漏進入封閉空間時，會形成柱狀射線類的擴散軌跡，但當管道內(nèi)給到泄漏氮氣的初動能逐漸被轉(zhuǎn)化時，氮氣的動能逐漸減小，浮力和重力的影響逐漸變大，使得氮氣呈輻射狀分散。此時會大幅度降低空間內(nèi)溫度，建議從業(yè)人員立即從工作區(qū)退出，避免低溫凍傷，危害生命安全。泄露口所在位置的不同對特定空間內(nèi)泄露氮氣的擴散分布范圍也有較大影響，泄漏口位于空間高處時，短時間內(nèi)地面上的氮氣濃度較低，若遇險情，從業(yè)人員可利用這短暫的時間離開現(xiàn)場，通知上級及時處理相應(yīng)事故，減少傷亡和損失；當泄漏點位于中間位置時，空間內(nèi)會迅速充滿氮氣，同時降低房間內(nèi)溫度，造成從業(yè)人員低溫凍傷，且空間內(nèi)氮氣的總體體積將會增長到最大此時從業(yè)人員如未能及時撤出，定然會造成一定的人員傷亡。當泄漏點位置較低時大量的氮氣會留在地面附近此時地面溫度會降低許多，同時氮氣也會更快的被工作日人員吸入。泄漏口徑的大小對氮氣的泄漏擴散有著明顯的影響，泄漏口越大，空間內(nèi)便越易與被氮氣填充，危險性也就越高。泄漏口較小時氮氣則很難在短時間內(nèi)將空間內(nèi)充滿，所以在發(fā)生類似事故時需要根據(jù)泄漏口的大小安排工作人員進行修復(fù)。氮氣泄漏速度越大，空間內(nèi)濃度越高，空間內(nèi)被氮氣充盈的時間也就越短，對人體的危害性越大。4.2水平不足和未來期望本文對室內(nèi)氮氣管道的泄漏擴散過程進行了各測點處，各條件下的數(shù)據(jù)分析以及擴散模擬，并從中獲得了一些結(jié)論有著一定的參考價值，由于本人水平不足，時間不足，對軟件的使用不夠熟悉，文中還存在許多缺點，期望有朝一日可以更進一步的研究：在室內(nèi)會對氮氣泄漏造成影響的條件還有許許多多，但文中只是選定了特定條件下改變某些單一的變量去進行模擬實驗，而實際上影響因素是多方面的，它并不單一，往往改變了單一變量后，會有其他變量隨之變化。因此本文的研究實際上有著許多局限性，但還是有一定的參考價值。因?qū)嶒灄l件的限制和本人對于軟件使用的水平不足，本文僅研究了特定模型的數(shù)值模擬，并未進行其他模型的數(shù)值模擬，故而得到的計算結(jié)果有一定的。本文只研究了氮氣泄露后的濃度場，缺少氮氣泄露壓力場、溫度場等的分析和研究。參考文獻王志鵬.氨氣泄漏數(shù)值模擬及應(yīng)急響應(yīng)措施研究[D].中國地質(zhì)大學（北京）,2013.崔啟筆.基于FLUENT的氯氣泄漏擴散的數(shù)值模擬與應(yīng)急預(yù)防的研究[D].河南理工大學,2009.吳愛梅.某廠液氨儲罐泄漏風險模擬研究[D].昆明理工大學,2015.張俊飛,夏新,李德生,等.基于Fluent軟件的氨氣泄漏擴散研究[J].天津理工大學學報,2017,33(05):60-64.杜美萍.埋地天然氣管道泄漏擴散的模擬研究[D].北京化工大學,2015.溫濠瑋.城市燃氣管道泄漏擴散流場模型研究[D].華北科技學院,2017.楊芳南,鄭家琪.有毒重氣體連續(xù)泄露擴散模擬與風險評估[J].北京交通大學學報,2017,41(02):47-53.LawWP,ErainN,RamliNI,etal.AssessmentofchlorineleakdispersionAroundGebengindustrialareaandpotentialevacuationroute[J].AtmosphericResearch,2019,216:117-129王婷.天然氣管道泄漏擴散模擬[C].《環(huán)境工程》編委會、工業(yè)建筑雜志社有限公司《環(huán)境工程》2019年全國學術(shù)年會論文集.《環(huán)境工程》編委會、工業(yè)建筑雜志社有限公司:《環(huán)境工程》編輯部,2019:243-246.陸冰,張夢真,李瑩,等.輸氣管道泄漏過程的CFD數(shù)值模擬[J].河南建材,2020(02):19-22.R.Ohba,A.Kouchi,T.Hara,etal.ValidationofheavyandlightgasdispersionmodelsforthesafetyanalysisofLNGtank.2004,17(5):325-337.StevenR.Hanna,OlavR.Hansen,MathieuIchard,etal.CFDmodelsimulationofdispersionfromchlorinerailcarreleasesinindustrialandurbanareas.2008,43(2):262-270.董曉強,李坤,劉玉婷,等.氨制冷機房氨氣泄漏擴散的數(shù)值模擬[J].制冷學報,2017,38(06):12-19.馬尚權(quán),吳姍姍,王科迪.基于FLUENT的SF_6氣體擴散數(shù)值模擬[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟,2