近源区危险液化气体泄漏扩散规律及事故后果研究

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随着液化气体在化工工业中的需求量不断扩大,带来的风险事故也有所增加。液化气体发生泄漏时伴随着剧烈的相变,涉及复杂的物理过程。为研究液化气体泄漏扩散规律,本文开展了近源区储罐泄漏扩散实验,建立了两相云团泄漏扩散数值模拟方法,并应用于罐区环境下的液氯泄漏扩散事故后果分析。为研究液化气体泄漏扩散行为特性并精准获取近源区泄漏参数,本文设计了近源区储罐泄漏扩散实验。以四氟乙烷(R134a)作为实验介质,在不同的泄漏条件下测取了罐压、温度、质量流率等参数,研究了泄漏过程中储罐内部热力学状态。基于传统质量流率理论模型,将理论值与实验结果进行对比,发现闪蒸液体理论质量流率值偏低。对闪蒸液体质量流率进行修正,建立了适用于泄漏口长径比介于2.00~5.00范围内的闪蒸液体泄漏质量流率经验公式。同时,采用PIV系统测量了泄漏口外部R134a射流云团演化行为,分析了不同泄漏条件下的射流速度和射流膨胀角。根据近源区液化气体泄漏扩散实验中的初始泄漏参数,采用计算流体力学方法建立了近源区液化气体两相泄漏扩散模型。与简化的单相泄漏模型对比发现,在近源区采用两相泄漏扩散模型所获得的速度更接近实验值。同时,两相泄漏模型在下风向的浓度高于单相泄漏模型,研究结果进一步证明了近源区考虑两相泄漏过程的必要性。将两相泄漏扩散数值模拟方法应用于事故后果分析,建立了罐区环境下的液氯泄漏扩散数值模型。分别从宏观两相云团和微观液滴角度分析了液氯泄漏扩散演化行为,并预测了不同时刻泄漏口所在平面的云团浓度。以1.5 m呼吸带高度对氯气浓度为3.885 ppm、37.9 ppm和947.8 ppm下的危险区域进行分析,并确定了不同浓度在顺风向和横风向的最大扩散距离。最后研究了风速对液氯浓度分布的作用规律,根据模拟结果提出了应急处理方法和事故预防措施。本文为研究液化气体泄漏扩散规律,为液化气体泄漏扩散后的事故预测与应急疏散管理提供了理论支持。
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