大口径氢气长输管道投产混气规律研究

为解决工程实践中对于氢气管道的投产混气规律认识不明而带来的投产安全性问题,对大口径长输氢气管道投产中的气体置换规律开展先导性研究,建立氢气管道投产模型并验证模型的可靠性,探究置换速度和管道倾角对混气发展的影响规律。研究结果表明:根据混气特征和增长速率,混气过程可分为3个阶段;氢气管道的投产置换速度须明显高于天然气投产相关规范中规定的置换速度以确保混气安全性;水平管道相较于倾斜管道混气段更长,氮气用量更大,因此在实际工程中由水平管道所预测的混气量是最安全的。研究结果可为长输氢气管道投产的安全操作提供一定的理论建议,为氢气管道安全建设的相关标准体系提供参考。

成品油在水中扩散的数值模拟分析

由于管道焊接缺陷(气孔、夹渣、裂纹等)、腐蚀穿孔、第三方破坏等因素引起的成品油输送管道泄漏事故在国内外时有发生,这对成品油输送管道危害极大。成品油输送管道漏油事故的发生,促使各国对成品油输送管道泄漏扩散事故影响及后果模拟评价等进行研究。主要通过建立成品油输送管道泄漏扩散过程的物理模型,利用COMSOL软件进行二维数值模拟水下溢油事故形成的浮射流,分析了三种不同泄漏口孔径、泄口成品油喷出速度和水流速度对成品油扩散的影响规律,并利用SPSS软件对泄漏孔径和最大扩散高度的关系进行了回归分析,对于预测成品油扩散范围,制定应急抢险预案,减少事故损失具有重要的意义。

成品油在大气中扩散的数值模拟分析

埋地成品油管道泄漏后,成品油如果渗出地面或聚集到地面低洼处,在成品油强挥发性下会迅速产生大量的油蒸汽,油蒸汽又会在风速作用下快速向四周蔓延,无论发生燃烧还是爆炸都会给管道运营企业、沿线居民带来巨大的生命和财产损失。通过建立输油管道泄漏扩散过程的物理模型,利用COMSOL软件进行二维数值模拟,分析成品油在大气中泄漏不同时间内最大横向扩散宽度、最大纵向扩散深度的变化规律,有助于分析事故后果影响范围,提高事故的应急控制能力。

成品油在土壤中扩散的数值模拟分析

为了分析成品油管道泄漏扩散规律,提高事故的应急控制能力,利用COMSOL软件对成品油在土壤中的泄漏过程进行模拟分析,得出了成品油管道发生泄漏后在土壤中的扩散规律。模拟结果表明,成品油在土壤中的扩散半径与泄漏口径、土壤孔隙率成正比例关系,泄漏口径越大,油品扩散半径越大;土壤孔隙率越大,油品扩散半径越大。在无法检测扩散半径的情况下可根据扩散时间进行粗略估算,大体确定事故泄漏扩散范围,为事故处置提供参考。

双孔双渗介质中气体流动的POD模型研究

将特征正交分解(POD)方法引入到页岩气流动双孔双渗模型的数值计算,建立了POD投影模型。在建模过程中发现将气体在基质和缝网中的流动控制方程分别进行POD投影的方式,虽然在数学上正确且满足基质或缝网的质量守恒,但会人为地在基质与缝网间附加一个质量传递投影项,无法保证整个流动系统的质量守恒,从而影响了POD模型的健壮性和精度。针对此问题提出了满足基质-缝网总体质量守恒的POD建模方式,在保证高精度(平均相对偏差约0.8%)和快速计算(计算速度提高720倍)的同时,大大提高了POD模型的健壮性。

基于VOSET的黏弹性气液两相湍流直接数值模拟

本文将相界面追踪高效方法VOSET与黏弹性减阻流体Giesekus本构关系相结合,建立了黏弹性气液两相流动的控制方程.研究发现减阻剂的存在使得计算稳定性相对于无减阻剂情况大幅下降,主要原因为相界面处引入了较大的黏弹性应变梯度,加剧了本构方程求解的不稳定性,使得可计算的顶盖拖动速度限制在1～2 m·s^(-1)的狭小范围内,影响了对黏弹性气液两相湍流特征的研究。通过用光滑的Heaviside函数对相界面附近的黏弹性应变进行插值,有效增强了数值稳定性,将可计算的顶盖拖动速度范围扩展至50 m·s^(-1)。采用改进后的方法在较宽的雷诺数范围进行了直接数值模拟,确认了减阻剂较大地抑制了液相湍流脉动,从而对气液两相湍流流动起到减阻作用,加剂后液相的平均流速增大约37%～86%。