燃气泄漏与扩散模型的探讨
摘要：论述了城市燃气泄漏模型(小孔泄漏模型、管道泄漏模型、其他泄漏模型)和扩散模型(高斯模型和重气扩散模型)的主要内容及适用条件。
关键词：燃气泄漏；泄漏模型；扩散模型
Discussion on Models for Gas Leakage and Diffusion
PENG Shi-ni，ZHOU Ting-he
Abstract：The main content and applicable conditions of city gas lea kage models(pore leakage model，pipeline leakage model and other leak age model)and diffusion models(Gaussian model and heavy gas diffusio n model)are discussed.
Key words：gas leakage；leakage model；diffusion model
燃气泄漏是燃气供应系统中最典型的事故[1]。在燃气的储存、输配及使用过程中，由于人为或自然原因导致泄漏，燃气泄漏后在空气等介质中扩散并积聚，当达到一定浓度时遇到火源会产生爆炸并引起火灾。燃气泄漏后果的严重程度主要取决于泄漏量和扩散范围，而泄漏量又与泄漏源强度及泄漏时间有关。因此，燃气的泄漏强度和扩散范围是分析泄漏与扩散以及预测评价事故后果的基础和参考依据。本文针对城市燃气泄漏模型和扩散模型进行探讨。
1 泄漏模型
1.1 小孔泄漏模型
小孔泄漏模型适用于穿孔泄漏的情形，穿孔泄漏是指管道或设备由于腐蚀等原因形成小孔，燃气从小孔泄漏。常见的穿孔直径在10mm以下，对于穿孔直径在20mm以下的泄漏可以使用该模型。小孔泄漏一般是长时间持续稳定泄漏且具有泄漏点多、不易察觉、潜在危险大的特点。
对于小孔泄漏模型，按照其泄漏燃气相态的不同，可分为气体流泄漏、液体流泄漏和气液两相流泄漏3种形式[2]。 ①气体流泄漏强度[1～6]
较普遍的气态燃气泄漏强度的计算是按照伯努利方程推导所得，气体从孔口泄漏的强度与其流动状态有关。因此，要确定泄漏时气体流动属于声速流动(临界流)还是亚声速流动(次临界流)，可以用临界压力比来判断：
式中β——临界压力比
——环境绝对压力，Pa
p
——泄漏口燃气的临界压力，Pa
p
c
中小学电脑报κ——燃气等熵指数
燃气等熵指数，κ是温度的函数，理想气体的，κ可近似当作定值，对于双原子气体取1.4，多原子气体取1.29，单原子气体取1.66。对于天然气等由多原子分子组成的气体，κ可近似取1.29。杨宪益
式中q
新世纪饮食
——泄漏强度，kg/s
m
——气体泄漏系数
C
g
A——泄漏口面积，m2
——容器内燃气的绝对压力，Pa
p
1
M——燃气的摩尔质量，kg/mol
五颜六的小老鼠
陶然士论文Z——压缩因子
R——摩尔气体常数，取8.314J/(mol·K)
——容器内的燃气温度，K
T
1
气体泄漏系数与泄漏口的形状有关，泄漏口为圆形时取1.00，三角形时取0.95，长方形时取0.90，由内腐蚀形成的渐缩小孔取0.90～1.00，由外腐蚀或外力冲击形成的渐扩孔取0.60～0.90。压缩因子可以根据燃气的对比压力和对比温度查燃气压缩系数图得到，当压力小于1.6MPa时，常温燃气可近似认为是理想气体，取Z=1。
一般情况下，管道或压力容器中的燃气以气态储存，发生泄漏后的泄漏量可以按照气体流泄漏强度模型进行计算。
②液体流泄漏强度[1、7、8]
燃气以加压液化或低温液化的形式储存在压力容器内，当发生泄漏时可认为燃气以液相流出，在通过孔口的同时可能急剧气化流出到大气中。假设在液面以下某一高度处发生泄漏，分别选取液面和泄漏孔口出流断面收缩处为截面列出伯努利能量方程，并整理可得液体流泄漏强度的计算公式：
——液体泄漏系数
式中C
1
——液体的密度，kg/m3
ρ
1
——容器内液体的绝对压力，Pa
魏碑体
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