《光氣泄露擴(kuò)散的計(jì)算模型探析》1300字

光氣泄露擴(kuò)散的計(jì)算模型分析綜述1.1建立流體控制方程用運(yùn)算流體力學(xué)(CFD)的常用軟件，通過模擬計(jì)算對(duì)光氣濃度的變化進(jìn)行分析和顯示，模擬氨氣在某實(shí)驗(yàn)室泄露擴(kuò)散的情況，分析影響室內(nèi)氨氣濃度的分布。實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論分析的某些缺點(diǎn)得到了改善。半封閉的房間里光氣外泄擴(kuò)散屬于多組分流體共同作用形成的湍流，泄漏的光氣和空氣在房間里發(fā)生混合。由流體力學(xué)的知識(shí)可知，自然界所有的流動(dòng)和傳熱現(xiàn)象都服從物理守恒定律。在Fluent數(shù)值模擬過程中，光氣泄漏是利用聯(lián)立控制方程的求解方式進(jìn)行模擬計(jì)算分析[10]。光氣泄漏擴(kuò)散的基本方程有質(zhì)量守恒方程、連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程、組分傳輸方程，其具體泄漏擴(kuò)散的基本方程可表述如下：（1）質(zhì)量守恒方程：（2-1）其中：u，v，w分別為

x，y，z方向上速度分量，單位m/s；為流體密度，單位kg/m3.（2）連續(xù)性方程：（2-2）動(dòng)量守恒方程：（2-3）(4）能量守恒方程：（2-4）（5）組分傳輸方程：（2-5）其中（2-6）式中：是靜壓；是組分的擴(kuò)散通量；是由第i種物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)凈源項(xiàng)[11]，是離散項(xiàng)和用戶自定義源項(xiàng)的產(chǎn)生率。1.2假設(shè)為光氣泄漏擴(kuò)散理想化模型為了盡可能的貼近實(shí)際的氣體泄漏情況、得到較為準(zhǔn)確的模擬結(jié)果，我們?cè)诠鈿庑孤U(kuò)散過程中做如下基本假設(shè)和簡化。（1）在泄露過程中，不考慮實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫度對(duì)泄漏氣體的影響；（2）在管道發(fā)生泄漏后，管道內(nèi)的壓力保持恒定不變；（3）研究泄漏速度對(duì)光氣擴(kuò)散的影響時(shí)，泄漏速度不隨時(shí)間而變化；（4）在模擬計(jì)算中，假設(shè)光氣和空氣沒有發(fā)生相變反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)；（5）本次模擬實(shí)驗(yàn)中，假設(shè)實(shí)驗(yàn)室在氣體泄漏時(shí)的情況是關(guān)門開窗。；（6）在整個(gè)光氣擴(kuò)散過程中，與外界不發(fā)生熱量交換。1.3湍流模型在模擬計(jì)算時(shí)選擇采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，該模型是在工業(yè)應(yīng)用中被普遍使用的湍流模型，其計(jì)算收斂性和計(jì)算精確性都能滿足一般的工程計(jì)算要求[12]。其方程分別為公式（2-7）和（2-8）所示：湍流k方程：（2-7）湍流耗散率方程：（2-8）在計(jì)算流體力學(xué)當(dāng)中=1.44，=1.92，=0.09均為常數(shù)。方程中表示由平均速度梯度而產(chǎn)生的湍流動(dòng)能；是由浮力產(chǎn)生的湍流動(dòng)能；；和是湍流動(dòng)能k方程和湍流動(dòng)能耗散率方程的湍流Prandtl數(shù)，=1.3，=1.0。1.4邊界條件和初始化條件1.4.1邊界條件把實(shí)驗(yàn)室模型左側(cè)的泄漏口的邊界條件設(shè)定為壓力入口Pressureinlet，同理把模型右側(cè)的窗戶的邊界條件設(shè)定為壓力出口Pressureoutlet，其余的墻壁設(shè)定為Wall邊界條件。1.4.2初始條件外界環(huán)境溫度設(shè)定為298K，環(huán)境壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，不考慮風(fēng)速的影響，管道泄漏口光氣的泄漏速率為5m/s，實(shí)驗(yàn)室空間里全部填充空氣，泄漏口泄出的全部都是光氣。1.4.3變量設(shè)定為了研究泄漏速度對(duì)光氣泄漏擴(kuò)散的影響時(shí)，泄漏速度分別設(shè)為5m/s和7m/s為了研究不同的泄露口位置對(duì)光氣擴(kuò)散的影響情況，在擴(kuò)散方向與泄漏速度不變的情況下設(shè)置泄漏口的位置為0.6m、1.5m；為了研究不同的泄漏口大小對(duì)光氣泄漏擴(kuò)散的影響情況，在泄漏方向不變、泄漏速度不變，高度為1.5m的條件下，將泄漏口徑分別設(shè)置為2mm和3mm。為了比較貼合實(shí)際實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的情況，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置了一個(gè)工作臺(tái)（障礙物），工作臺(tái)（障礙物）平面尺寸為1.3m長，1m寬，1..5m高。本文計(jì)算域初始條件詳見如表3-1所示。表2-1計(jì)算域中初始條件的設(shè)定初始類型