[发明专利]一种燃气管道泄爆过程中的数值模拟方法

说明书

本发明属于燃气管泄爆技术领域，尤其是涉及一种燃气管道泄爆过程中的数值模拟方法，包括以下步骤：模型的建立，气体泄爆过程是快速燃烧反应的过程，满足质量守恒、动量守恒、能量守恒和化学组分平衡方程，由此基础上建立基本模型；计算区域及条件设定，对气体爆炸实验进行数值模拟，分别进行单个泄爆口泄爆和两个泄爆口泄爆；模拟结果及分析，数值模拟结果与气体爆炸试验数据进行比较；得出结论：泄爆口的位置对管道中氢气空气混合物的爆燃转爆轰过程有重要影响。本发明在对数值模拟过程中采用多种模型结合的方式，并且针对单个和两个泄爆口的情况分别进行数值模拟，确定不同数量泄爆口对泄爆过程的影响，并得出相应的结论。

技术领域

本发明涉及燃气管泄爆技术领域，尤其涉及一种燃气管道泄爆过 程中的数值模拟方法。

背景技术

在我国，频发的地质灾害对城市公共基础设备设施具有非常大的 摧毁性和破坏性。城镇输气管道具有一定的压力，输送介质所属的易 燃易爆性，一旦地质灾害引发土壤运动和地表变形，可导致埋地管道 在土体的作用下变形或断裂，从而导致燃气泄漏。燃气泄漏易造成人 员伤亡及财产损毁，因此对地质灾害发生时燃气管道泄漏爆炸风险进 行评估十分具有必要性。

现有技术中关于地质灾害下燃气管道的风险评估多集中在地质 灾害导致燃气管道易损性、地质灾害对燃气管道的危害等方面，这些 方法虽然可以有效评估燃气管道受地质灾害的影响情况，但由于没有 充分考虑燃气管道内氢气的爆燃转爆轰及其抑制过程，对单个障碍物 管道中氢气-空气混合物燃爆过程以及多级泄爆的问题，进而不能准 确的对燃气管道泄爆进行全面的分析。

为此，我们提出一种燃气管道泄爆过程中的数值模拟方法来解决 上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种 燃气管道泄爆过程中的数值模拟方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种燃气管道泄爆过程中的数值模拟方法，包括以下步骤：

S1、模型的建立，气体泄爆过程是快速燃烧反应的过程，满足质 量守恒、动量守恒、能量守恒和化学组分平衡方程，由此基础上建立 基本模型；

S2、计算区域及条件设定，对气体爆炸实验进行数值模拟，分别 进行单个泄爆口泄爆和两个泄爆口泄爆；

S3、模拟结果及分析，数值模拟结果与气体爆炸试验数据进行比 较；

S4、得出结论：1)泄爆口的位置对管道中氢气空气混合物的爆 燃转爆轰过程有重要影响，当泄爆口位于管道中部时，能有效降低管 道内的爆轰超压，对管道起到一定保护作用；2)位于管道中部的单 个泄爆口泄爆，能降低管道内的爆轰超压，延后爆轰发生的位置；位 于管道中部的两个泄爆口泄爆能使爆轰衰减为爆燃，对管道后部分起 到保护作用；泄爆过程增大了燃烧火焰的面积，燃烧火焰在泄爆过程 中发生湍流，燃烧速度得到了极大地加速。

在上述的燃气管道泄爆过程中的数值模拟方法中，所述步骤S1 中的基本模型包括湍流模型、燃烧模型和物理模型，其中：

湍流模型中的标准k－ε模型的湍动能k和耗散率ε方程表示为

式中：G_k是由平均速度梯度产生的湍动能；G_b是由浮力产生的 湍动能；Y_m是可压缩湍流脉动膨胀所贡献的耗散速率；C_1g，C_2g和C_3g是常数；σ_k和σ_ε分别是k，ε的湍流普朗特数。通常取C_1g＝1.44， C_2g＝1.92，σ_k＝1.0，σ_ε＝1.3；