【摘 要】
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电厂的汽轮发电机在高速运转中产生大量的热,因此需要氢冷系统氢对其进行冷却,降低发电机的温度,保障发电机安全运行。但目前电厂的氢冷系统普遍存在氢气泄漏现象,氢气与空气形成爆炸性混合物,若遇到点火源,便会发生燃烧和爆炸事故。因此对电厂氢冷系统氢气泄漏扩散过程进行研究十分必要。本文利用CFD对制氢站和汽轮发电机厂房内氢气发生泄漏扩散的情况进行数值模拟,主要研究内容如下:（1）本文以大连某电厂为例,在了解
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2017YFC0804703）； 国家自然科学基金面上项目（51774068）； 国家自然科学基金项目（51874070）； 教育部基本科研业务费项目（N180701011）；
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电厂的汽轮发电机在高速运转中产生大量的热,因此需要氢冷系统氢对其进行冷却,降低发电机的温度,保障发电机安全运行。但目前电厂的氢冷系统普遍存在氢气泄漏现象,氢气与空气形成爆炸性混合物,若遇到点火源,便会发生燃烧和爆炸事故。因此对电厂氢冷系统氢气泄漏扩散过程进行研究十分必要。本文利用CFD对制氢站和汽轮发电机厂房内氢气发生泄漏扩散的情况进行数值模拟,主要研究内容如下:（1）本文以大连某电厂为例,在了解制氢站和汽轮发电机厂房内工艺流程及生产装置的基础上,辨识分析工艺过程中存在的氢气泄漏点和点火源。（2）根据生产设备及工艺流程特点,结合FLUENT软件各数值方法的特点,阐述了气体扩散的数值模拟所用到的数值方法,其中对空间内空气的湍流采用k-ε湍流模型,运用组分输运模型对扩散过程进行模拟及SIMPLEC算法进行数值计算。以此为基础,利用FLUENT软件对J.M.Lacome等所做的试验研究进行了数值模拟,把数值模拟的结果和实验数据进行对比,确定了前面所建立数学模型的正确性,及运用FLUENT软件对气体扩散数值模拟的准确性和可行性。（3）建立简化的制氢站的几何模型,利用前文所选择的数学模型和数值方法,对不同工况的的氢气泄漏扩散进行数值模拟,发现氢气泄漏质量流量Q与T1和T2之间存在以下关系（其中T1为只有泄漏口附近区域的氢气摩尔分数在爆炸极限范围内的极限氢气泄漏时间,T2为整个空间内的氢气摩尔分数均达到爆炸极限范围内的氢气泄漏时间）:T1=0.69337×Q-1.03362;T2=0.69262×Q-1.15307。（4）不同工况下,同一时刻制氢站顶角的4个探测点的氢气摩尔分数几乎相同,无法通过这4个点的氢气摩尔分数变化推测泄漏位置。本文通过监测F点的氢气摩尔分数,发现不同工况下该点的摩尔分数变化较大,因此本文建议在F点也安装氢气浓度探测仪。（5）建立简化的汽轮发电机厂房的几何模型,利用前文所选择的数学模型和数值方法,对不同工况的的氢气泄漏扩散进行数值模拟。研究表明,当泄漏口孔径a≤2mm时,氢气在厂房内的浮力会对泄漏口附近氢气的扩散过程产生很明显的影响。当泄漏口孔径a＞2mm时,氢气在厂房内的浮力对泄漏口附近氢气的扩散过程产生的影响非常小。（10）在汽轮发电机厂房内,当氢气沿X（水平方向）方向泄漏60min时,X方向氢气摩尔分数在爆炸极限范围内的点与泄漏口的最远距离L与泄漏口孔径a之间存在以下关系:L=0.15757×a+0.02081。本文的研究可以对电厂氢冷系统氢气泄漏扩散的事故应急提供指导,对氢气浓度探测仪的安装位置 提供可借鉴的指导意义。
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