我国天然气需求量不断增长,城市管道建设也在与日俱增,由于天然气属于易燃易爆气体,一旦发生爆炸会造成非常严重的事故。城市燃气管道多为埋地管道,土壤属于多孔介质材料,燃气在土壤中的扩散传质问题比较复杂,而土壤环境中的燃气管道泄漏扩散目前研究的比较少,因此对直埋燃气管道在土壤中的泄漏扩散模拟研究具有重要的意义。本文针对直埋燃气管道在土壤中的泄漏扩散进行模拟研究。首先阐述燃气在土壤中泄漏扩散特性,并进行了燃气管道泄漏量的计算。然后建立了直埋燃气管道泄漏扩散物理及数学模型,采用有限体积法求解控制方程,DES湍流模型。研究直埋燃气管道在土壤中的泄漏扩散规律。结果表明,速度及压力在扩散过程中基本呈稳态分布。燃气泄漏量在很短的时间内达到稳定,之后泄漏量基本维持不变。在泄漏孔附近区域垂直向燃气质量分数分布不对称,远离泄漏点区域垂直向燃气浓度分布基本对称。土壤中的燃气浓度变化为先积聚,后快速增大,接着浓度梯度减慢,最后趋于稳定。燃气体积分数随着距离泄漏孔距离的增加,沿管长方向呈高斯分布。土壤中燃气浓度达到爆炸下限所需时间与泄漏孔的横向距离之间呈现幂函数关系。研究不同因素对直埋燃气管道在土壤中泄漏扩散的影响。结果表明,泄漏孔孔径越大,土壤中的燃气浓度越高。管道埋深对土壤中的燃气质量分数分布形态有较大影响。泄漏孔朝向对泄漏孔附近区域的燃气浓度分布有较大影响,对整体的燃气浓度扩散范围影响不大。管道压力越大,土壤中甲烷浓度越高。土壤种类为粉质砂土时泄漏孔的泄漏量最大,壤土次之,粘土最小。燃气泄漏扩散时在砂土中的危险性最高,粘土最小。最后,针对土壤-大气耦合面下直埋燃气管道泄漏扩散进行模拟研究。结果表明,土壤-大气耦合分界面下,燃气的泄漏量是水泥覆盖面时的4倍,泄漏量显著增大。随着泄漏时间的增大,土壤中甲烷质量分数云图形状由扇形变为蜡烛火焰形状,在土壤-大气耦合面处燃气质量分数云图出现明显的断层现象,土壤中燃气浓度达到爆炸下限的危险半径先增大后逐渐保持不变。土壤中的燃气浓度表现为先迅速增大,达到最高点后,甲烷浓度开始减小,最后趋于稳定。