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车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟.doc

车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟

你是我对峙的功亏一篑
2018-04-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟doc》,可适用于综合领域

车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟韩文涛胡欣云()武警工程学院装备运输系西安武警工程学院研究生管理大队西安摘要采用FLUENT软件,选择SPMPLES算法,建立车载LNG储气瓶辅助安全阀开启时天然气扩散的预测模型。模拟了两种风速条件下,低温天然气扩散在大气中的浓度分布和温度分布。根据计算结果分析了扩散形成危险区域与风速的关系,为在紧急情况下LNG储气瓶辅助安全阀开启后天然气扩散制定救援措施提供理论参考。关键词LNG储气瓶天然气扩散数值模拟SimulationStudyonNaturalGasSpreadingFromAssistantSafetyValveofVehiclemountedLNGCylinderHANWentaoHUXinyun()EquipmentandTransportationDepartment,EngineeringCollegeofCAPFXi’an()AbstractBasedontheFLUENTsoftwareandSPECIESalgorithm,theforecastmodelthatnaturalgasNGspreadsfromassistantsafetyvalveofvehiclemountedLNGcylinderisestablished,inwhichthedispositionofpotencyandtemperatureofcoldNGspreadingtotheairundertwodifferentwindspeedissimulatedItisanalyzedtherelationshipbetweenthewindspeedanddangerousareafromthecalculateresult,providingatheoreticalreferencefortheemergencyactionwhenNGspreadsfromtheLNGcylinderassistantsafetyvalveKeyWordsLNGcylindernaturalgasspreadsimulation模型建立引言天然气作为一种优质高效的清洁能源和化工原料,具有车载LNG储气瓶辅助安全阀开启后,低温天然气随即连续喷射进入大气,在其周围形成危险区域。该过程简化巨大的资源潜力,现已进入高速发展时期。因油价上涨,天后,数值模拟模型即是低温气体由压力入口进入大气场,在然气汽车经济性明显,国家政策和地方政府也较为支持,我风场的影响下自由扩散的过程。国汽车用天然气增势迅猛。天然气汽车是清洁燃料汽车,有控制方程()()压缩天然气汽车CNGV和液化天然气汽车LNGV两类,动量方程:CNGV已经在我国诸多大中城市使用。与LNG相比,CNG的uu体积能量密度低,高压储气瓶自重大,影响汽车有效载荷,同(ρ)(ρ)(ρ)μμ=ωuuuutxzxxzz时高压设备本身存在安全性问题。LNGV摆脱了CNGV的劣p势,一次燃料充装行使里程提升倍左右,并且还具有燃Sux料加注快,噪声小,便于运输等优点。ωωρ)ρ)ρ)μμ(((=ωωuωωLNG燃料储存采用了低压深冷技术,压力一般为,txzxxzzMPa,属于低压范围,消除了CNGV的隐患。然而,LNGpρSωfz液体温度为,当汽车燃料供给管路堵塞,或是发生ω式中,x、z表示空间水帄方向和垂直方向的坐标,mu、表交通事故时,气瓶压力快速升高,超过最大工作压力,若主安ρ示在这两个方向上的速度分量,mst为时间,s为单位计全阀不工作,辅助安全阀将自动开启,防止气瓶爆裂。当辅μ算网格内流体密度,kgm为单位计算网格内流体动力学助安全阀开启时,大量低温天然气气体随之喷出,能够使人粘度系数,Pasf为重力项S,S分别为两个方向的动量uw窒息,喷射至人体将造成低温灼伤,气体浓度达到爆炸极限源项。时,错误的操作易引发安全事故。为此,本文利用FLUENTε标准k方程:软件,在不同风速下,对车载LNG储气瓶辅助安全阀开启后μt气体扩散范围和规律进行研究,为有效预测气体泄漏危险范)(ρ)(ρ)(ρ)μ(k=ωkkuktxzxσxk围和制定救援方案提供参考依据。μtμ)ερ(模型kGSkkσzzk气体在空间的扩散是三维问题,为了便于阐述其过程机μtρ)ρ)ρ)μ)ε((((=εεuωε理和简化模型,考虑二维情况是允许的。控制方程包括流体σtxzxxε的动量方程、质量方程、物质输运方程及湍流方程,数值计算μεεtμ)(ερCGCSεεεk方法为VOF,离散格式均选用一阶迎风差分格式,SIMPLE算σzkkzε法解决动量方程速度与压力的耦合,为了加速收敛,多组分kμρ=Cμtε气体扩散采用SIMPLE容积反应物质输运模型进行数值模得来的,包括空气、水的基本湍流,对于大多数情况是适用时,由于大气风场带入热量并带走低温气体,射流入口至下σσε的和是k方程和方程的湍流Prandtl数,S和S是用户定风方向约m处温度,K,m处温度,K。εεkkμ义源项为湍流动力学粘度。所以当风速较低时,天然气扩散造成的低温区域较大,冷能t物质输运方程:消散慢,随着风速的升高,冷能消散速度加快,低温区域缩小。当人体暴露在低温区域时,容易造成冻伤。ρ(ρ)(ρ)(ρ)ccc=DcωmmummmtxzxxμμttρScDccmmmmmSxzzSzccttμtρ(ρ)(ρ)(ρ)cccc=DcωauauaaatxzxxSxctμtρDccSaaaazzSzct图u=ms,v=MPa,t=s体积分数ρ式中,c和c分别为组分天然气和空气的体积分数,c和mamρc分别为组分天然气和空气的质量分数D和D分别为ama组分天然气和空气的扩散系数S和S分别为组分天然气maμ和空气的质量源项S为湍流施密特数S默认值。ctctt能量方程:kkρ(ρ(ρ)ρ)(ρ)TTTTST=ωTutttxcxxczpp图u=ms,v=MPa,t=s体积分数式中,k为单位计算网格内流体传热系数c为单位计算网p()格内流体定压比热容,JkgKS为由于NG换热提供给T单位计算网格内流体混合物内热源源项。网格划分因为研究内容属于小规模的射流扩散问题,计算区域包含危险区域即能达到研究目的,网格划分既要考虑精度,也要考虑计算量,以保证计算收敛,且迭代时间能够接受,所以选定空间m×m,网格数量。图u=ms,v=MPa,t=s温度场边界条件天然气入口压力已知,速度或流量未知,故设定为压力入口边界条件。大气进口为速度入口边界条件,大气出口为压力出口边界条件,地面边界条件为绝热壁面,fluid区域速度初始条件与大气进口速度相同,以保证计算的连续性。环境参数:辅助安全阀口径mm,出口压力kPa空气密度kgm,摩尔数,温度K天然气密度kgm,摩尔数,温度K风速分别为稳定风速ms图u=ms,v=MPa,t=s温度场和ms,比较计算结果,分析两种风速下辅助安全阀开启后结论的天然气扩散过程。考虑到计算精度,选取时间步长()危险范围大致为距辅助安全阀垂直m,下风方向s,残差收敛标准取默认设定。m区域。模拟结果和分析()当风速较低时,天然气扩散形成爆炸范围广,低温范本文研究条件下的天然气密度大于空气,射流气体进入围大,危险区域宽。大气后,受重力影响发生沉降,同时又受到大气风场影响,在()风速增大,天然气挥散加快,危险区域缩小。射流下风方向形成漩涡。射流动能在射流入口处极大,沿垂参考文献直方向和下风方向逐渐减小,至m处基本失去,风速影敬加强,梁光川,蒋宏业液化天然气技术问答M北京:化学工响逐渐增强。在此区域内,低温天然气直接喷射至人体会造业出版社,:成低温灼伤。MFraileyUsingLNGasafuelinheavydutytructorsJNREL:如图、图,风速ms时,天然气喷射至垂直约m江帆,黄鹏Fluent高级应用与实例分析M北京:清华大学出处时到达最小爆炸极限,从入射点到下风方向m处均是爆版社,:炸浓度范围风速ms时,天然气喷射至垂直约m处MontielHMathematicalmodelingofaccidentalgasreleaseJJournalof时到达最小爆炸极限,从入射点到下风方向m处均是爆()HazardousMaterials,,:炸浓度范围。可见风速较小时,射流动能对天然气扩散影响作者简介韩文涛,女,年生,汉族,内蒙古赤峰人,博士,副教较大,当风速增大时,射流动能影响被逐渐削弱,风速对天然授,硕士研究生导师。气扩散影响较大。()收稿日期:如图、图,扩散开的天然气在大气风场影响下,风速ms时,冷能挥散相对较慢,射流入口至下风方向约m的范围内温度,K,m处温度,K风速ms

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