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天然气管道泄漏爆炸动力效应研究及危险区域的划分

作　者: 田辉
导　师: 吕品
学　校: 安徽理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 天然气泄漏爆炸冲击波危害
分类号: TU996
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在环境与能源问题日益严峻的背景下[1],城镇天然气管网在人们日常生活中的角色愈加重要[2】,给城镇居民和企业生产带来了巨大的便利。“星罗棋布”的天然气管网给人们的生产和生活带来了方便,但相应也带来了安全隐患,与城市燃气管道交错纵横相伴出现的是天然气泄漏爆炸的事故层出不穷[3]。天然气管网一旦发生泄漏,会在极短时间内迅速扩散,引发人员中毒、火灾、爆炸等事故的发生,造成重大的人员伤亡和财产损失,使人们的生活无法正常进行[4]。因此进行天然气管道泄漏爆炸动力效应研究及危险区域的划分对我国城市天然气管网的良性发展和防止事故发生具有重大的意义。本文通过现场调研,理论分析并结合计算机程序开发的方式对天然气管道泄漏爆炸动力效应进行了研究,并对危险区域进行了划分。首先阐述了天然气爆炸的基本理论[5],归纳了气云爆炸的几种基本形式和破坏准则,分析了影响气云爆炸的因素,总结了气云爆炸的研究方法。以连续性方程、动量方程、能量方程、状态方程和本构方程为基础建立了天然气扩散泄露模型[6],得到了划分天然气管道泄漏扩散危险区域的方法,结合实例计算出了最危险条件下人员出现不适症状的范围和天然气产生爆炸的上下限区域[7]。其次提出了开放空间和有约束条件下爆炸冲击波的计算方法,并建立了合适数学模型对天然气泄漏进行求解,确定了爆炸冲击波破坏危险区域的划分[8]。通过对影响冲击波破坏范围的因素进行分析,得出了爆炸冲击波随泄漏孔直径、泄漏孔位置及管道压力初值变化的规律[9]。最后在公式推导的基础上,用Visual Basic软件建立了天然气管道泄漏爆炸冲击波危害预测系统,编译出在Windows系统下运行的可视化计算程序,提出了可供天然气泄漏率的计算和爆炸冲击波的危险区域计算的方法,对于城市天然气管网泄漏爆炸危险的预测[10]具有重要的指导意义。图[31]表[4]参[55]

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
Contents  11-14
1 绪论  14-18
  1.1 问题的提出  14-15
  1.2 国内外研究现状  15
  1.3 本论文研究的意义  15-16
  1.4 本论文的主要内容  16
  1.5 本文技术路线图  16-18
2 天然气泄漏爆炸理论分析研究  18-26
  2.1 爆炸的基本概念  18-20
    2.1.1 爆炸的破坏形式  18-20
  2.2 可燃气云的爆炸研究  20-24
    2.2.1 气云爆炸的基本形式  20-21
    2.2.2 气云爆炸破坏准则  21-22
    2.2.3 影响气云爆炸的因素  22-23
    2.2.4 气云爆炸的研究方法  23-24
  2.3 小结  24-26
3 天然气泄漏扩散模型研究  26-38
  3.1 天然气泄漏扩散基本理论  26-29
    3.1.1 天然气泄漏射流  26
    3.1.2 天然气泄漏射流的特点  26-27
    3.1.3 天然气流动基本控制方程  27-29
  3.2 天然气管道泄漏模型研究  29-32
    3.2.1 泄漏扩散模型的分类  29-30
    3.2.2 天然气管道泄漏量  30
    3.2.3 天然气管道泄漏模型  30-31
    3.2.4 天然气泄漏扩散模型  31-32
  3.3 天然气管道泄漏扩散的危险区域研究  32-37
    3.3.1 泄漏量的计算  32-33
    3.3.2 扩散模型的确定  33
    3.3.3 扩散系数的确定  33-34
    3.3.4 危险区域的划分  34
    3.3.5 天然气管道泄漏危险区域划分的应用  34-37
  3.4 小结  37-38
4 天然气爆炸冲击波的动力效应研究  38-60
  4.1 开放空间爆炸冲击波的计算  38-49
    4.1.1 有限差分法  39-40
    4.1.2 爆炸理论基本方程组  40-45
    4.1.3 有限差分法的数值计算  45-47
    4.1.4 计算方程的离散化处理  47-49
  4.2 外界约束条件下冲击波的计算  49-50
  4.3 冲击波危险区域划分  50-51
    4.3.1 人员受到冲击波的伤害  50-51
    4.3.2 建筑物受到冲击波的伤害  51
  4.4 爆炸冲击波危险区域计算结果分析  51-55
    4.4.1 开放空间冲击波的危险区域分析  51-53
    4.4.2 外界约束条件下冲击波伤害范围分析  53-55
  4.5 冲击波危险区域计算的应用  55-58
  4.6 小结  58-60
5 天然气爆炸冲击波危害预测程序的开发  60-68
  5.1 前言  60
  5.2 开发工具的选择  60
  5.3 主要功能模块  60-66
    5.3.1 泄漏爆炸事故模块  62-63
    5.3.2 泄漏率的求解模块  63-65
    5.3.3 爆炸冲击波危害模块  65-66
  5.4 小结  66-68
6 结论与展望  68-70
  6.1 结论  68
  6.2 展望  68-70
参考文献  70-74
致谢  74-76
作者简介及读研期间主要科研成果  76

天然气管道泄漏爆炸动力效应研究及危险区域的划分

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