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车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟

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车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟 车载 L NG 储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟 12 韩文涛胡欣云 ()1. 武警工程学院装备运输系 西安 710086 ; 2. 武警工程学院研究生管理大队 西安 710086 摘 要 采用 FLUENT 软件 ,选择 SPMPL ES 算法 ,建立车载 LNG 储气瓶辅助安全阀开启时天然气扩散的预测模型 。模 拟了两种风速条件下 ,低温天然气扩散在大气中的浓度分布和温度分布 。根据计算结果分析了扩散形成危险区域与风速的 关系 ,为在紧急情况下 LNG 储气...

车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟
车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟 车载 L NG 储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟 12 韩文涛胡欣云 ()1. 武警工程学院装备运输系 西安 710086 ; 2. 武警工程学院研究生管理大队 西安 710086 摘 要 采用 FLUENT 软件 ,选择 SPMPL ES 算法 ,建立车载 LNG 储气瓶辅助安全阀开启时天然气扩散的预测模型 。模 拟了两种风速条件下 ,低温天然气扩散在大气中的浓度分布和温度分布 。根据计算结果分析了扩散形成危险区域与风速的 关系 ,为在紧急情况下 LNG 储气瓶辅助安全阀开启后天然气扩散制定救援措施提供理论参考 。 关键词 LNG 储气瓶 天然气 扩散 数值模拟 Simulation Study on Natural Gas Sprea ding From Assistant Safety Valve of Vehicle - mounted L NG Cylinder 1 2HAN WentaoHU Xinyun ()1 . Equipment and Transportation Department , Engineering College of CA PF Xi’an 710086 () Abstract Based on the FLUENT software and SPECIES algorithm , the forecast model that natural gas NGspreads from assistant safety valve of vehicle - mounted LNG cylinder is established , in which the disposition of potency and temperature of cold NG spreading to the air under two different wind speed is simulated. It is analyzed the relationship between the wind speed and dangerous area from the calculate re2 sult , providing a theoretical reference for the emergency action when NG spreads from the LNG cylinder assistant safety valve . Key Words LNG cylinder natural gas spread simulation 1. 1 模型建立 0 引言 天然气作为一种优质高效的清洁能源和化工原料 ,具有 车载 LNG 储气瓶辅助安全阀开启后 , 低温天然气随即 连续喷射进入大气 , 在其周围 形 成 危 险 区 域 。该 过 程 简 化 巨大的资源潜力 ,现已进入高速发展时期 。因油价上涨 ,天 后 ,数值模拟模型即是低温气体由压力入口进入大气场 ,在 然气汽车经济性明显 ,国家政策和地方政府也较为支持 ,我 风场的影响下自由扩散的过程 。 国汽车用天然气增势迅猛 。天然气汽车是清洁燃料汽车 ,有 1. 2 控制方程 ( ) () 压缩天然气汽 车 CNGV和 液 化 天 然 气 汽 车 LNGV两 类 , 动量方程 : CNGV 已经在我国诸多大中城市使用 。与 LNG 相比 ,CNG 的 u u 9 9 9 9 9 9 9 体积能量密度低 ,高压储气瓶自重大 ,影响汽车有效载荷 ,同 (ρ) (ρ) (ρ) μ μ + + = [] + [] -ωu uu u9t 9x 9z 9x 9x 9z 9z 时高压设备本身存在安全性问题 。LNGV 摆脱了 CNGV 的劣 9p 势 ,一次燃料充装行使里程提升 2. 5 倍左右 ,并且还具有燃 + Su 9x 1 料加注快 ,噪声小 ,便于运输等优点。 ω ω 9 9 9 9 9 9 9 ρ) ρ) ρ) μ μ (((+ + = + -[] [] ωωu ωω LNG燃料储存采用了低压深冷技术 ,压力一般为 0. 5, 9t 9x 9z 9x 9x 9z 9z 2. 6 MPa ,属 于 低 压 范 围 , 消 除 了 CNGV 的 隐 患 。然 而 ,LNG 9p ρ++ S ωf 9z 液体温度为 - 160 ?, 当汽车燃料供给管路堵塞 , 或是发生 ω 式中 , x 、z 表示空间水帄方向和垂直方向的坐标 , m; u 、表 交通事故时 ,气瓶压力快速升高 ,超过最大工作压力 ,若主安 ρ示在这两个方向上的速度分量 ,m/ s ; t 为时间 , s ;为单位计 全阀不工作 ,辅助安全阀将自动开启 ,防止气瓶爆裂 。当辅 3 μ算网格内流体密度 ,kg/ m;为单位计算网格内流体动力学 助安全阀开启时 ,大量低温天然气气体随之喷出 ,能够使人 粘度系数 ,Pas? ; f 为重力项 ; S , S分别为两个方向的动量u w 窒息 ,喷射至人体将造成低温灼伤 ,气体浓度达到爆炸极限 2 源项 。时 ,错误的操作易引发安全事故。为此 ,本文利用 FLUENT ε 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 k - 方程 :软件 ,在不同风速下 ,对车载 LNG 储气瓶辅助安全阀开启后 μ t 9 9 9 9 9 气体扩散范围和规律进行研究 ,为有效预测气体泄漏危险范 ) (ρ) (ρ) (ρ) μ(k ] + + + = [ +ωk ku k9t 9x 9z 9x σ9x k围和制定救援 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 提供参考依据 。 μ9 t 9 μ) ερ(1 模型 [ + k ] + G - + Sk k σ9z 9z k气体在空间的扩散是三维问题 ,为了便于阐述其过程机 μ t9 9 9 9 9 ρ) ρ) ρ) μ) ε((((+ + = + ] +[ εεu ωε理和简化模型 ,考虑二维情况是允许的 。控制方程包括流体 σ 9t 9x 9z 9x 9x ε 的动量方程 、质量方程 、物质输运方程及湍流方程 ,数值计算 2 μ ε εt9 9 μ)(ερ + [ ] + CG- C+ S ε εε1k 2 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 为 VOF ,离散格式均选用一阶迎风差分格式 , SIMPL E 算 σ 9z k k 9z ε 2 法解决动量方程速度与压力的耦合 ,为了加速收敛 ,多组分 kμρ= C μt ε 气体扩散采用 SIMPL E 容积反应 物 质 输 运 模 型 进 行 数 值 模 3 - 4 ?48 ? 得来的 , 包括空气 、水的基本湍 流 , 对 于 大 多 数 情 况 是 适 用 时 ,由于大气风场带入热量并带走低温气体 ,射流入口至下 σσε的 ;和是 k 方程和方程的湍流 Prandtl 数 , S 和 S是用 户定风方向约 1 m 处 温 度 150, 160 K , 2 m 处 温 度 220, 240 K。 ε ε k k μ义源项 ;为湍流动力学粘度 。 所以当风速较低时 ,天然气扩散造成的低温区域较大 ,冷能 t 物质输运方程 :消散慢 ,随着风速的升高 , 冷能 消 散 速 度 加 快 , 低 温 区 域 缩 9 9 9 9 9 小 。当人体暴露在低温区域时 ,容易造成冻伤 。 ρ (ρ) (ρ) (ρ) c+ c+ c= [ Dc+ωmmumm m 9t 9x 9z 9x 9x μμ t9 9 9 t9 ρ +] + S c] + [ D cc m m m mm S9x 9z 9z S9z c c t t μ t9 9 9 9 9 9 ρ (ρ) (ρ) (ρ) c] + c+ c+ c= [ Dc+ωa uau aa a 9t 9x 9z 9x 9x S9x c t μ t 9 9 9 ρ[ Dc+ c] + S a a a a9z 9z S 9z c t图 1 u = 1 m/ s , v = 1 . 2 MPa , t = 30 s 体积分数 ρ式中 , c和 c分别为组分天然气和空气的体积分数 , c和 m a m ρ c分别为组分天然气和空气的质量分数 ; D和 D分别为am a 组分天然气和空气的扩散系数 ; S和 S 分别为组分天然气m a μ和空气的质量源项 ; S 为湍流施密特数 ;/ S 默认值 0. 7 。c t c t t 能量方程 : 9 9 k 9 9 9 9 k 9 ρ(ρ(ρ) ρ) (ρ) [ T+ TT ] + [ T ] + S T=ωTu9t 9t 9t 9x c9x 9x c 9z p p 图 2 u = 3 m/ s , v = 1 . 2 MPa , t = 30 s 体积分数 式中 , k 为单位计算网格内流体传热系数 ; c为单位计算网 p ( ) 格内流体定压比热容 ,J / kgK?; S 为由于 NG 换热提供给 T 单位计算网格内流体混合物内热源源项 。 1. 3 网格划分 因为研究内容属于小规模的射流扩散问题 ,计算区域包 含危险区域即能达到研究目的 ,网格划分既要考虑精度 ,也 要考虑计算量 ,以保证计算收敛 ,且迭代时间能够接受 ,所以 选定空间 2 m ×2 m ,网格数量 1 000 000 。 图 3 u = 1 m/ s , v = 1 . 2 MPa , t = 30 s 温度场 1. 4 边界条件 天然气入口压力已知 , 速度或流量未知 , 故设定为压力 入口边界条件 。大气进口为速度入口边界条件 , 大气出口 为压力出口边界条件 , 地面边界条件为绝热壁面 , fluid 区域 速度初始条件与大气进口速度相同 , 以保证计算的连续性 。 环境参数 : 辅助安全阀口径 10 mm , 出口压力 120 kPa ;空气 3 密度 1. 025 kg/ m,摩尔数 28. 9 ,温度 290 K;天然气密度 3. 98 3 kg/ m,摩尔数 16. 4 ,温度 135 K;风速分别为稳定风速 1 m/ s 图 4 u = 3 m/ s , v = 1 . 2 MPa , t = 30 s 温度场 和 3 m/ s ,比较计算结果 ,分析两种风速下辅助安全阀开启后 3 结论 的天然气扩散过程 。考虑到计算精度 ,选取时间步长 0. 25 () 1危险范围大致为距辅助安全阀垂直 1 m ,下风方向 2 s ,残差收敛标准取默认设定 。 m 区域 。 2 模拟结果和分析 () 2当风速较低时 ,天然气扩散形成爆炸范围广 ,低温范 本文研究条件下的天然气密度大于空气 ,射流气体进入 围大 ,危险区域宽 。 大气后 ,受重力影响发生沉降 ,同时又受到大气风场影响 ,在 () 3风速增大 ,天然气挥散加快 ,危险区域缩小 。射流下风方向形成漩涡 。射流动能在射流入口处极大 ,沿垂 参考文献直方向和下风方向逐渐减小 ,至 0. 5 m 处基本失去 ,风速影 敬加强 ,梁光川 ,蒋宏业. 液化天然气技术问答 M . 北京 : 化学工 1 响逐渐增强 。在此区域内 ,低温天然气直接喷射至人体会造 业出版社 ,2007 :232 - 233 . 成低温灼伤 。2 M Frailey. Using LNG as a fuel in heavy - duty tructors J . NREL . 1999 - 7 - 540 - 24146 :1 - 4 . 如图 1 、图 2 ,风速 1 m/ s 时 ,天然气喷射至垂直约 0. 82 m 3 江帆 ,黄鹏. Fluent 高级应用与实例分析 M . 北京 : 清华大学出 处时到达最小爆炸极限 ,从入射点到下风方向 2 m 处均是爆 版社 ,2008 :141 - 145 . 炸浓度范围 ;风速 3 m/ s 时 ,天然气喷射至垂直约 0. 45 m 处 4 Montiel H. Mathematical modeling of accidental gas release J . Journal of 时到达最小爆炸极限 ,从入射点到下风方向 1. 5 m 处均是爆 () Hazardous Materials ,1998 ,59 23:211 - 233 . 炸浓度范围 。可见风速较小时 ,射流动能对天然气扩散影响 作者简介 韩文涛 , 女 ,1969 年生 , 汉族 , 内蒙古赤峰人 , 博士 , 副教 较大 ,当风速增大时 ,射流动能影响被逐渐削弱 ,风速对天然 授 ,硕士研究生导师 。气扩散影响较大 。 ( ) 收稿日期 :2010 - 06 - 06如图 3 、图 4 ,扩散开的天然气在大气风场影响下 ,风速 1 m/ s 时 ,冷能挥散相对较慢 ,射流入口至下风方向约 1. 5 m 的 范围内温度 140,160 K ,2 m 处温度 200,220 K; 风速 3 m/ s
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分类:生活休闲
上传时间:2018-04-05
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