[发明专利]一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法

说明书

本发明公开了一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法，它涉及天然气管道泄漏技术领域；它的方法如下：一、天然气管道泄漏气体流动模型选用；二、天然气管道泄漏气体流场仿真及特性分析；三、天然气管道泄漏气体声场仿真及特性分析；本发明运用Gambit、Fluent和Tecplot三种软件，分别根据设定情况建立物理模型、进行仿真模拟和后处理工作，通过改变泄漏孔径大小、风速大小和建筑物的数量对泄漏与扩散的过程的流场与声场进行模拟。

技术领域：

本发明涉及一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法，属于天然气管道泄漏技术领域。

背景技术：

管道发生泄漏是管道故障中极为常见的一种，是指因密闭管道的内侧与外侧存在压力差，管道内部的介质通过孔、毛细管等缺陷部位通过不允许流动的部分渗出、漏失的现象。设施材料的失效是产生泄漏的直接原因，压差则是泄漏产生的根本原因。水泄漏、油泄漏发生时，表现十分直观、明显，而天然气管道的泄漏则具有较强的隐蔽性。此外天然气泄漏时极易扩散到较大的范围，从而导致火灾爆炸等恶性事故的发生，燃气管道泄漏后果如图1所示。

天然气管道是与居民的日常生活息息相关的重要的城市基础设施，管道采用埋地管道；随着城市建设步伐的推进以及人口密度的日益增加，大量的天然气管道被铺设在人口密集的区域和经济较为发达的地区。目前，我国的在役天然气管道在许多城市中已呈现出逐渐老化的状态，有些燃气管道甚至早已超过了最初设计的服役年限，其本身存在很多的安全隐患，大大增加了发生重大管道泄漏事故的概率。

与一次性建成的天然气长输管道不同，城市燃气管道作为天然气管道的终端，由若干长短不一的管道组成，径厚较大，管材管件容易变形，压力低，拥有较多分支、接头及阀门。其次，管道埋地较浅受外界影响较大，天然气管道周围环境会随着城市的发展而发生改变。这些都成为天然气管道安全性的薄弱环节，增加了燃气管道泄漏事故的发生概率。此外，对于在役燃气管道缺乏必要的保养和检测，多年运行下来，管道的安全可靠性难以得到保障，而且管道腐蚀的现象随着使用时间的不断增加也会越来越频繁，这样就容易导致管道破裂，天然气泄漏等现象发生，从而引发许多无法预知的危险。

事故在发生爆炸前，都会有天然气管道发生泄漏，设备安全、管道老化、管道漏气、人为故意等是造成天然气泄漏的主要原因。

因此，开展对天然气管道泄露声场的数值仿真与特性分析，将天然气管道泄漏与扩散过程数据化，对天然气扩散过程与特性有足够的认识与了解，从各影响因素中抽象整理出物理模型，最终得到一般性的规律，有效的预防天然气泄露事故，并在已经发生天然气泄漏的区域及早发现泄漏源与危险区，保障人民群众生命及财产的安全。

国内外研究现状分析：

国外在气体泄漏扩散模拟方面的研究工作始于七、八十年代，直到现在该领域的研究还比较活跃，对于气体泄漏扩散模拟的研究主要有理论模型求解、利用商用软件进行模拟及自主编程模拟。在此期间，提出了很多关于扩散的计算模型，并进行了大量的大规模试验。计算模式有BM(Britter and Mc Quaid)模型、Sutton模型、高斯(Gaussian)模型、板块模型、FEM3(3-D Finite Elelment Model)模型、重气模型等。

高斯模型早在五、六十年代就已被应用，运用统计的方法，考察扩散质的浓度分布，适用于瞬时泄漏和连续性泄漏两种泄漏方式的中性气体(密度与大气相近)的点源扩散，且由于实验数据多提出的时间比较早，提出的时间比较早，所以模拟所用的方法较为成熟。

FEM3模型是三维有限元计算模型，原型于1979年被提出，适用于处理连续源泄漏及有限时间的泄漏，可以模拟复杂地形条件下的气体扩散，但需要很大的计算量作为支持，只适用于密度大于空气的气体的扩散，且模拟较为困难。