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室外管道燃气泄漏扩散模拟与可视化研究

作　者: 孙洁
导　师: 张甫仁
学　校: 重庆交通大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 天然气 扩散 模型 三维 可视化
分类号: TU996
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在天然气开发利用的飞速发展中，城市天然气输送管网越来越复杂。城市天然气管道往往分布在人口和建筑集中的区域，这使得城市天然气成为事故最频发、后果最严重的有毒可燃气体之一。掌握天然气泄漏扩散的规律可以对泄漏事故进行准确的预测、评价和控制，降低天然气管输事故的发生。本文建立了室外管道天然气的连续泄漏扩散模型，并从理论分析、计算模拟、三维显示三个方面对其作了系统的研究。一、应用气体热力学、动力学、湍流扩散的梯度理论和统计理论，进行建模前的基础分析。在高斯点源扩散模型的基础上，考虑烟气抬升高度等因素，采用移动烟团积分方法，建立了小风静风条件下地面点源的天然气连续泄漏扩散模型，模型分为无地面反射和有地面反射两种情况。二、用数学软件Matlab对模型做计算处理，用CFD软件Fluent对同样条件下的天然气泄漏扩散进行数值模拟。两种模拟结果的对比分析表明，所建立模型的扩散规律与求解流体数学偏微分方程组的扩散规律相符。三、引入GIS分析软件，对模型作三维可视化显示。以ArcGIS9.3为平台，以校园为可视化对象，利用二维GIS地形地貌数据构建三维场景。将以泄漏源为中心的立体空间离散网格化，以所建立模型为理论基础，借助Matlab计算天然气扩散的浓度分布。在3DSMax粒子系统的支持下实现泄漏扩散的三维动态可视化。本文将大气控制研究中的高斯模型应用到燃气扩散中。立足于重庆市的特殊气象条件，建立了小风静风下地面点源连续泄漏的天然气扩散模型，并在三维场景下实现了三维动态可视化。此模型与大气扩散理论有很好的相容性，与数值模拟和实际情况比较符合，可以方便地应用于实际工程中。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 研究选题背景  8-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 气体扩散模型  11-12
    1.2.2 GIS 应用到燃气  12-13
  1.3 本文研究内容  13-16
第二章 燃气泄漏扩散模式及三维GIS基础理论  16-28
  2.1 燃气扩散浓度估算模式  16-23
    2.1.1 湍流扩散基本理论  16-17
    2.1.2 湍流扩散三维微分方程  17-19
    2.1.3 正态分布的高斯扩散模式  19-23
  2.2 三维 GIS 基础理论  23-27
    2.2.1 GIS 理论简介  23-26
    2.2.2 三维可视化  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 小风静风下连续泄漏扩散模式的建立  28-46
  3.1 管道燃气泄漏扩散的影响因素  28-32
    3.1.1 影响燃气扩散的动力因素  28-29
    3.1.2 影响燃气扩散的热力因素  29-32
  3.2 小风静风下燃气连续泄漏扩散模式的推导  32-44
    3.2.1 高架点源扩散模式  32-33
    3.2.2 地面点源扩散模式  33-36
    3.2.3 改进的地面点源扩散模式  36-37
    3.2.4 烟气抬升高度的计算  37-41
    3.2.5 扩散参数的确定  41-44
  3.3 本章小结  44-46
第四章 静风扩散模式的计算与数值模拟  46-61
  4.1 Matlab 模式计算  46-50
    4.1.1 Matlab 软件概述  46-47
    4.1.2 静风扩散模式的计算  47-50
  4.2 Fluent 数值模拟  50-58
    4.2.1 计算流体力学 CFD  50-54
    4.2.2 Gambit 模型建立与参数确定  54-55
    4.2.3 Fluent 模拟结果分析  55-58
  4.3 结果对比分析  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 静风扩散模式的三维可视化  61-78
  5.1 校区三维场景的完整再现  61-68
    5.1.1 CAD 地形图处理  61-62
    5.1.2 三维场景创建  62-63
    5.1.3 三维建筑物生成  63-64
    5.1.4 三维场景属性设置  64-68
  5.2 连续泄漏扩散浓度计算  68-72
    5.2.1 浓度值计算  69-72
    5.2.2 快捷查询界面  72
  5.3 所见即所得  72-76
    5.3.1 基于粒子系统的烟雾模拟  72-73
    5.3.2 三维场景处理  73-74
    5.3.3 粒子系统动态渲染结果  74-76
  5.4 本章小结  76-78
第六章 结论与工作展望  78-79
  6.1 全文结论  78
  6.2 工作展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-83
攻读硕士期间发表的论文及参加科研情况的说明  83

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 城市燃气供应
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