隧道內(nèi)危險(xiǎn)性物質(zhì)泄漏擴(kuò)散及事故預(yù)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(zhì)在儲運(yùn)過程中經(jīng)常發(fā)生泄漏事故。若得不到及時(shí)有效地控制，泄漏后的危險(xiǎn)性物質(zhì)容易造成中毒、火災(zāi)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(nèi)，造成的危害更加嚴(yán)重。因此，研究危險(xiǎn)性物質(zhì)的泄漏擴(kuò)散，對于科學(xué)預(yù)防事故的發(fā)生以及指導(dǎo)緊急救災(zāi)具有重要理論價(jià)值和實(shí)踐意義。 本文將計(jì)算流體力學(xué)(ComputationalFluidDynamics，簡稱CFD)方

2、法與安全系統(tǒng)工程理論相結(jié)合，對危險(xiǎn)性物質(zhì)在隧道內(nèi)發(fā)生泄漏氣相和氣液兩相擴(kuò)散過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究和評估，得到了以下結(jié)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(xiǎn)性物質(zhì)運(yùn)載車在隧道內(nèi)行駛過程中發(fā)生有限孔泄漏氣體的擴(kuò)散過程進(jìn)行了研究。分析了危險(xiǎn)性物質(zhì)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(shí)還考慮了后面跟隨車輛及隧道頂部通風(fēng)對擴(kuò)散過程的影響。計(jì)算結(jié)果表明：水平釋放時(shí)，危險(xiǎn)物濃度主要集

3、中在車輛后部小范圍內(nèi)，隧道內(nèi)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(shí)快速地撤離車輛防止危險(xiǎn)介質(zhì)聚集。當(dāng)垂直噴射時(shí)，需要防止隧道頂部的機(jī)械物摩擦出現(xiàn)明火。同時(shí)，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(kuò)散過程進(jìn)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(shí)驗(yàn)。其中，應(yīng)用了隨機(jī)軌道模型和顆粒群模型，考察它們數(shù)值預(yù)測液滴在湍流流場中擴(kuò)散的能力。結(jié)果表明：隨機(jī)軌道模型能較好地反映湍流脈動(dòng)對帶液滴擴(kuò)散的影響，適用于有蒸發(fā)現(xiàn)象的兩相流擴(kuò)散問題。 其次，將上述相間耦合的Eulerian-Lagrangian隨機(jī)軌道模型用于小約束空間的計(jì)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(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)射流發(fā)展到離出口距離為1/3位置時(shí)，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(xué)者Vandroux-Koenig和Pereira-Chen所得的結(jié)果更符合實(shí)際情況。此外，分析了影響兩相射流運(yùn)動(dòng)的主要因素，得出：在一定范圍內(nèi)，射流速度、液滴大小、液滴體積分?jǐn)?shù)等因素對兩相閃蒸流擴(kuò)散模擬結(jié)果影響不大。計(jì)算得到的物理參量分布，為進(jìn)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(nèi)丙烷液化氣運(yùn)載車發(fā)生泄漏，兩相閃蒸流三維擴(kuò)散的情況。模擬

6、得到了前人尚未計(jì)算出的、只有實(shí)驗(yàn)才能觀察到的橫向擴(kuò)散分叉現(xiàn)象。它是重氣擴(kuò)散的一個(gè)特點(diǎn)：重氣橫向擴(kuò)散中濃度分布在軸線附近存在一個(gè)凹陷，不同于通常所認(rèn)為的在軸線位置擴(kuò)散介質(zhì)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(guān)理論進(jìn)行事故分析。對泄漏事故中有毒氣體擴(kuò)散過程進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并結(jié)合毒負(fù)荷的概念進(jìn)行危險(xiǎn)分區(qū)。此外，數(shù)值分析了隧道內(nèi)由液化氣泄漏兩相擴(kuò)散引起的火災(zāi)，結(jié)合安全系統(tǒng)工程中的“人-機(jī)-環(huán)”理論提出