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官网注册后http://www.gasheat.cn免费下载论文http://www.gasheat.cn/Periodical/index.html作者：齐晓琳，李彦爽，刘慧，倪志国，陈哲第一作者单位：北京市燃气集团有限责任公司摘自《煤气与热力》2022年12月刊参考文献示例齐晓琳，李彦爽，刘慧，等.室内燃气泄漏扩散模拟研究［J］. 煤气与热力，2022，42（12）：B24-B28.相关推广1检测和抢险设备1概述随着燃气大量使用，燃气事故数量呈现逐年上升趋势，给居民生命安全造成潜在威胁［1-2］。文献［3-4］对室内燃气泄漏特点进行了系统研究，对室内燃气泄漏的事故预防和应急处理具有重要意义。王国磊等［5］采用CFD技术研究了泄漏燃气在房间内的扩散规律，发现在房间无通风情况下，由于密度低于空气，燃气会在房间顶部聚积，形成具有爆炸可能的危险区域，并随着泄漏时间的增加，逐渐向房间下方移动。薛海强［6］对室内燃气泄漏扩散进行了数值模拟，研究了燃气种类、泄漏口位置、泄漏口径和泄漏压力等影响因素对室内燃气泄漏扩散过程的影响。张丽［7］运用CFD数值模拟软件对燃气在不同影响因素下泄漏扩散过程进行数值模拟，得到可燃气体浓度场的时空分布图，研究分析了室内燃气泄漏扩散的规律及可燃性气体爆炸危险区域的迁移规律。研究燃气泄漏扩散规律是研究爆炸的先决条件。2燃气泄漏质量流量计算3 几何模型某1室1厅1厨1卫住宅建筑面积为52 m2，外墙厚24 cm，内墙厚18cm，利用FLACS子模块前处理器CASD的geomety板块构建三维几何模型，几何模型平面图见图1。图1中z轴垂直纸面向上，线段为各墙体中心线，未体现墙壁厚度。图1中各点x、y坐标见表1。地面z坐标为7.50m，房间高3 m。厨房门高1.9 m，窗户高2 m，窗台距地面0.5m。假定发生燃气泄漏时，窗户与入户门处于关闭状态，厨房门处于敞开状态，泄漏口中心坐标为（31.50，39.40，8.35）。图1 几何模型平面图表1模型各点x、y坐标模型整体采用非均匀网格划分，泄漏口属于重点观察范围，进行了网格加密划分。4 室内燃气泄漏过程模拟及分析4.1泄漏场景模型参数设置采用FLACS软件进行模拟。整套房间处于密闭状态。泄漏口为圆形，直径为20 mm，燃气压力为2kPa［6］。利用公式（2）计算得燃气泄漏质量流量为0.016kg/s。燃气温度20 ℃，泄漏过程持续200s，泄漏口湍流强度为0.04，湍流长度尺度为0.000 5m。分别对不同泄漏方向（y方向和z方向）的燃气泄漏扩散过程进行模拟，在CASD场景设置中，将y正方向的泄漏场景命名为场景1，将z正方向的泄漏场景命名为场景2。设置环境温度为20℃，大气压力为0.1 MPa，大气稳定度0，地面粗糙度0。燃气组成设置为纯甲烷。本文图2~4、6~8色标均为燃气体积分数。4.2场景1模拟结果分析场景1泄漏方向指向厨房门。场景1燃气泄漏20 s、100 s、200 s后的可爆炸气云分别见图2～4。图2 场景1燃气泄漏20s后的可爆炸气云（软件截图）图3 场景1燃气泄漏100 s后可爆炸气云（软件截图）图4 场景1燃气泄漏200s后可爆炸气云（软件截图）由图2可知，燃气泄漏20s后，具有爆炸可能性的危险区域较小，仅局限在厨房内部，近泄漏口位置燃气体积分数最大。从图2b可以看出，气云前端向上倾斜，这是因为燃气密度小于空气，受浮力作用。由图3可知，当泄漏100s后，具有爆炸可能性的危险区域进一步增大，延伸至客厅。气云中心高燃气体积分数区域呈现出增大的趋势，由于室内为密闭空间，因此不受风场影响，气云整体扩散趋势与泄漏20s时一致。当燃气泄漏200s后，从图4a可知，可爆炸气云已经扩散到了客厅中间区域，燃气体积分数呈现不均匀分布状态，房间内危险区域增加，爆炸概率进一步增大。从图4b可以看出，可爆炸气云已经扩散至入户墙（入户门所在墙），通常情况下，入户墙上有入户灯开关，一旦有人进屋开灯，极易产生电火花，爆炸风险很大。图5为场景1客厅内6个不同高度观测点燃气体积分数随泄漏时间的变化曲线，6个观测点x、y坐标相同，x=31.50m，y=41.90 m，高度分别为距地面0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0m。由图5可以看出，随着泄漏时间增加，各观测点燃气体积分数随泄漏时间呈现逐渐增加的趋势。距地面0.5m观测点燃气体积分数最小，泄漏200s后仍远低于爆炸下限。距地面0.5m 、1.0 m、1.5 m观测点燃气体积分数虽有增加趋势，但泄漏200s后仍未达到爆炸下限。距地面2.0m、2.5 m观测点分别在泄漏180 s、130 s时达到爆炸下限。距地面3m观测点燃气体积分数最大，泄漏80s时达到爆炸下限。图5 场景1客厅内6个不同高度观测点燃气体积分数随泄漏时间的变化曲线4.3场景2模拟结果分析场景2燃气泄漏20 s、100 s、200 s后的可爆炸气云分别见图6～8。由图6a可知，燃气泄漏20s后，可爆炸气云区域较小。由图6b可知，可爆炸气云尖端向墙发生了倾斜。泄漏场景设置为无风条件，因此推测倾斜原因是伯努利原理导致。即燃气泄漏后，由于泄漏口面积较小，泄漏压力较大，燃气呈喷射状泄漏，导致泄漏速度较大，使周围流场发生变化，由于泄漏口距墙较近，与墙之间的压力减小，致使燃气泄漏扩散气云发生倾斜。图6场景2燃气泄漏20 s后可爆炸气云（软件截图）图7 场景2燃气泄漏100 s后可爆炸气云（软件截图）图8 场景2燃气泄漏200s后可爆炸气云（软件截图）从图7a可知，由于泄漏口距离厨房屋顶仅约2 m，泄漏100s后可爆炸气云已经到达厨房屋顶，泄漏燃气向屋顶扩散并聚积。由图7b可以观察到，可爆炸气云没有沿着喷射方向垂直扩散，而是在伯努利原理作用下，向相邻墙壁倾斜，并沿着墙壁扩散。由图8可知，当燃气泄漏200s后，厨房屋顶已经聚积了一定量的燃气。由于具有一定速度，泄漏燃气在接触屋顶时，受屋顶阻挡向下扩散。由图8b可以观察到，燃气泄漏200s后，燃气已经沿着厨房屋顶扩散至客厅，并向入户墙方向扩散。图9为场景2客厅内6个不同高度观测点燃气体积分数随泄漏时间的变化曲线，6个观测点同场景1。随着泄漏时间增加，不同高度下燃气体积分数呈现出逐渐增加的趋势。由于该场景泄漏方向为竖直向上，燃气泄漏后先在厨房屋顶聚积，然后才沿着屋顶扩散至客厅，导致客厅内观测点处的体积分数均较小，只有靠近屋顶的观测点在泄漏较长时间后达到爆炸下限。图9场景2客厅内6个不同高度观测点燃气体积分数随泄漏时间的变化曲线5结论①当室内燃气泄漏时，靠近泄漏口位置燃气体积分数最大。随着泄漏时间持续，燃气在房间内呈现非均匀分布状态。受浮力影响，泄漏燃气向屋顶扩散并聚积，因房间处于密闭状态，燃气体积分数处于爆炸范围的危险区域较大。②泄漏方向对可爆炸气云分布起关键作用。当泄漏方向为竖直向上时，泄漏燃气会先在厨房内聚积。当泄漏方向为水平指向厨房门时，可爆炸气云会穿过厨房门扩散至入户墙。入户墙上往往设有入户灯开关，一旦有人进屋开灯，极易产生电火花，爆炸风险很大。参考文献：［1］李春青，汪建平.室内燃气爆炸事故原因分析［J］. 城市燃气，2019（8）： 27-31.［2］韩永华，季学伟，陈涛，等. 空间阻塞对室内燃气泄漏爆炸影响研究［J］.中国安全生产科学技术，2019 （11）： 36-42.［3］李红培. 开放式厨房燃气泄漏爆炸模拟研究（硕士学位论文）［D］.济南：山东建筑大学，2019：12-18.［4］于贝贝. 国内开放式厨房使用天然气安全防护措施的研究（硕士学位论文）［D］.济南：山东建筑大学，2020：10-15.［5］王国磊，田贯三，张增刚，等. 燃气泄漏扩散过程的模拟研究［J］. 山东建筑大学学报，2010（6）：576-580.［6］薛海强. 室内燃气泄漏扩散的数值模拟研究（硕士学位论文）［D］. 济南：山东建筑大学，2010：8-15.［7］张丽.室内燃气泄漏扩散及燃烧爆炸的数值模拟（硕士学位论文）［D］. 太原：中北大学，2015：11-20.［8］彭世尼，黄小美. 燃气安全技术［M］.重庆：重庆大学出版社，2015：56-80.［9］孙庆文. 城市综合管廊内天然气爆炸荷载特性研究（硕士学位论文）［D］.北京：北京工业大学，2018：41-47.（本文责任编辑：林国真）同类论文1、住宅厨房内小流量燃气泄漏的扩散规律研究2、居民用户天然气泄漏三维数值模拟分析3、季节及热源对室内天然气扩散影响的模拟研究维普免费下载《煤气与热力》论文（现刊和过刊均可）日前，《煤气与热力》杂志社有限公司在维普网站http://cqvip.com/开通论文免费下载服务，论文刊出后两个月后，可在维普网站查询，并直接免费下载。在维普网站免费下载《煤气与热力》论文步骤如下：1.在维普网站注册会员。2. 搜索出《煤气与热力》论文，点击进入。3.论文免费下载界面截图见上图。点击“免费下载”，可直接下载该论文。声明：本文著作权（版权）归《煤气与热力》杂志社所有，严禁任何微信号及媒体未经授权许可随意转载。PS:当然欢迎大家转发到朋友圈！更多论文请登录煤气与热力杂志官方网站，免费注册会员阅读电子期刊。阅读步骤：登录http://www.gasheat.cn/→页面右上角注册会员→注册成功后点击《煤气与热力》→期刊索引→点击某期期刊封面即可阅读当期文章。 |