科学认识城市环境中危险液化气体泄漏事故发展规律,是对此类事故进行准确评估、精准救援的前提。液化气体泄漏扩散过程往往具有明显的多相流特征,按照其发展规律可分为三个阶段:液化气体泄漏阶段、两相云团扩散阶段、气体湍流扩散阶段。本文以二氧化碳为研究介质,研究了两相泄漏源特性及云团扩散演化机理,探究了城市环境中气体扩散规律及影响因素。在此基础上,研究了城市环境中发生液氯泄漏事故后的危险区域分布特性。为研究二氧化碳两相泄漏源特性及云团扩散演化机理,建立了两相泄漏扩散实验系统,测定了液态二氧化碳储存温度和泄漏口两相云团温度,基于热力学方法计算得到了气相质量分数、喷射速度、液滴直径等泄漏源参数。本文摒弃了虚拟泄漏源概念,采用CFD方法关联两相泄漏形态,耦合微观液滴相变行为与宏观云团浓度分布的影响,建立了二氧化碳两相云团扩散数值计算模型,采用两相泄漏扩散实验测得的下风向云团温度对模型进行了验证,计算结果与实验值的最大相对误差为5.8%。液滴的运动和相变可强化云团的扩散过程,两相模型计算得到的云团顺风向扩散距离及竖直方向扩散范围均较单相模型较大,相对相差分别为57.8%和53.6%,体现了采用两相模型计算的必要性。建立了水蒸气相变和二氧化碳两相云团扩散耦合计算模型,研究了水蒸气相变对两相云团扩散特性的影响,结果表明,水蒸气相变会导致云团扩散距离增加。针对二氧化碳在城市环境中扩散特性的研究,搭建了城市环境中气体扩散风洞实验平台,实现了对城市大气边界层近地风廓线及湍流特征的模拟,粗糙度指数为0.308。开展了烟雾可视化实验,研究了城市街道内流场特征及关键参数影响机制,通过二氧化碳扩散实验测定了街道典型位置处的云团浓度。风洞实验研究结果丰富了该领域的基础数据,对城市环境中气体扩散模型的建立具有重要指导意义。耦合城市大气边界层理论,采用较优湍流模型SST k-ω方程,建立了准确描述城市环境中气体扩散过程的数值模型。通过数值模拟分析了街道内三维流场,结果显示,其主要由纵向漩涡、街道两侧端口处的水平漩涡及街道槽流耦合组成。在此基础上,研究了二氧化碳扩散特性及影响因素,结果表明,泄漏扩散过程可分为两个阶段:泄漏初期,二氧化碳以较大初始速度向上喷射,喷射速度和风场共同影响云团扩散行为;第二阶段以云团塌陷为开端,为重力和风场共同作用的阶段。二氧化碳重气效应显著,通过顶部端口扩散的二氧化碳体积流量比仅为0.5%,在纵向漩涡作用下,二氧化碳云团向背风侧积聚。增大迎风侧建筑物高度和街道宽高比可降低街道内二氧化碳浓度,其平均体积分数由0.229分别减小至0.145和0.159。建立了城市环境中危险介质两相泄漏扩散数值计算模型,实现了危险液化气体泄漏扩散不同阶段的一体化研究。利用该模型研究了液氯、液氨两相泄漏过程中的微观液滴相变行为和宏观云团扩散行为,结果表明,由于液氯气化潜热较小,且氯液滴初始直径小于氨液滴,氯液滴蒸发时间较短,同时,液滴积聚的迎风侧云团浓度大于背风侧。以14ppm、35ppm、900ppm为浓度界限确定了危险区域分布,研究了关键参数对危险区域分布的影响机制。结果表明,泄漏速率和风速对危险区域分布影响较大;环境温度会对泄漏源初始条件产生一定影响,但对危险区域分布影响较小;街道长高比的减小会使扩散初期的危险区域范围减小。本文研究结果丰富了本领域数据资源,揭示了危险液化气体两相泄漏扩散特性及城市环境中气体扩散规律,对该类事故的后果预测和应急救援具有重要的指导意义。