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基于FLUENT的气罐泄漏仿真在油气安全中的应用杨毅峰，樊建春，张来斌（中国石油大学安全工程实验室，北京102249）摘要：近年来，油气田地面装置、炼油厂、化工厂中的爆炸、火灾、中毒等事故频发，这些事故大多源于各种油品或其他化工介质的非正常泄漏.因此，对于介质泄漏后在环境因素影响下扩散规律的研究就显得非常重要.本文采用目前流行的流体计算软件Fluent，针对气罐泄漏进行流体泄漏数值仿真，对于指导安全评估、规避风险及防灾避灾有重要的意义.关键词：气罐；泄漏；Gambit建模；Fluent；流体动力学仿真计算中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1673-014304-0065-040引言气罐80％以上的事故起因于介质泄漏．在传统石油化工领域，关于泄漏的模拟和仿真计算大多是基于经验公式，计算误差较大．Fluent流体计算软件，针对所研究的特定空间进行建模和网格划分，根据质量守恒、动能守恒和动量守恒等理论进行较准确的模拟仿真和图形图像显示．这对于数字化分析现场各种因素，进行安全评估，确定危险区域，制定抢救措施和事故救援都具有重要的指导作用．1气罐泄漏Fluent几何模型和数学模型的建立（1）利用Fluent前处理软件GAMBIT建立欲求解问题的几何模型.GAMBIT目前是CFD(computation fluid dyna-mics)分析中最好的前置处理器，它包括先进的几何建模和网格划分方法．借助功能灵活、完全集成和易于操作的界面，GAMBIT可以显著减少CFD应用中的前置处理时间．复杂的模型可直接采用GAMBIT固有几何模块生成，或由CAD/CAE 构型系统输入．GAMBIT高度自动化的网格生成工具保证了最佳的网格生成，如结构化的、非结构化的、多块的或混合网格．（2）气罐泄漏过程仅涉及泄漏，没有发生燃烧或者爆炸，Fluent中定义数学模型为“组分输运和反应模型”.①组分输运方程：Fluent通过第i种物质的对流扩散方程预估每种物质的质量分数Y i.守恒方程采用以下的通用形式：tYi Yi—气体密度；1（N为系统内部物质组分总数，此处除去空气中氮气）种组分，分别代入该方程得到N1个未知数，N1个已解得的质量分数得到．为了使数值误差最小，第N种物质必须选择质量分数最大的物质，比如空气中的N2．②层流中的质量扩散：Y i.(2)D i,m—混合物中i组分的扩散相关系数.③湍流中的质量扩散：收稿日期：2006－03－20作者简介：杨毅峰(197166江汉大学学报（自然科学版）总第34卷D i,m+t—湍流速度；D i,m—混合物中第i种物质的扩散系数.④能量方程中物质输运的处理：对于多组分的混合流体，物质扩散导致了焓的传递．.(4)由于物质的扩散对焓场有重要的影响，因此不应该被忽略，特别是各个组分的Lewis（雷诺数）远离1时，忽略它的影响会导致很大的误差．Le i=kc p D i,m.(5)k—物质的热传导率；c p—物质的定压比热.这些方程是FLUENT求解气体泄漏问题的数学理论依据．2气罐泄漏的Fluent解决方法2.1建立球罐模型以某化工厂球罐泄漏为例子说明．如图1所示，利用Fluent6.2前处理软件Gambit2.1建立球罐的几何模型：直径10mm孔洞位于罐壁赤道线法线方向(即X正方向)．外部矩形计算域（X向长80m;Y向长40m；Z向长40m），内部球形区域是球罐，其中心距离左侧入口边界20m．由已知条件泄漏问题为单相流泄漏．2.2网格划分与检查气体泄漏后的计算域是大六面体空间刨除中间的球罐所占空间，优质的空间网格划分可以增加计算速度，节省计算时间．网格划分完成后要进行质量检查，看网格划分是否合格，网格划分越好计算精度越高．2.3边界条件设定(图2)（1）速度（绝对速度）入口：air_inlet3m/s（2）压力（表压）出口：pressure_out-front0Mpapressure_out-left0Mpapressure_out-right0Mpapressure_out-up0Mpa（3）压力（表压）入口：pressure_out-inside10Mpa2.4选择离散式求解器，隐式求解，时间选择为非稳态根据方程组进行迭代计算，检查各参数残差满足收敛条件，气罐计算模型收敛有解．3气罐泄漏Fluent的可视化求解方程组收敛后，应用Fluent的图形演示功能可以形象地研究所计算域中各种物质运动分布规律．3.1由粒子ID（种类）颜色来表示的粒子迹线图如图3所示，风向沿X轴正向，由迹线图清晰的看到泄漏口附近的甲烷迹线，甲烷喷射流初始段势流核和剪切层对其周围的空气形成了较强pressure_outlet(front left right up)wall_fieldpressure_inlet-insideair_inlet图2边界条件模型图3由计算域粒子ID颜色表示泄漏后的迹线图2006年第4期杨毅峰10，在泄漏孔中心最大速度为1830m/s ，为超音速泄漏．由容器内壁流到外壁过程中气流速度由超音速迅速变为亚音速，超音速部分在计算域中占的比例极小，这与经典泄漏理论气体泄漏速度不会超过当地音速基本上是一致的．3.4甲烷的爆炸上限为5％，下限为15％两爆炸极限等高线图和甲烷扩散最外层等高线叠加后放大如图6，甲烷爆炸极限（体积百分比）为5％~15％，所以此区域为易爆区，抢修罐体时此区域禁止有任何火源和黑金属撞击存在．3.5气罐泄漏的Fluent 求解结果与经验公式对比(1)对于这种典型的气体泄漏过程可以视为绝热过程，根据伯努利方程可以推导出如下的经验公式：Q =C dpA+1.(6)Q —气体泄漏流量，kg/s ；C d —排放系数，通常取1(圆形泄漏口)；A —泄漏口面积，m 2；p —容器内气体压力，1114575Pa ；p 0—环境压力，101325Pa；ｍｏｌ；T —容器内气体温度，298K.根据已知条件有：p =1114575Pa ，p 0=101325Pa，31.307+11图4由甲烷百分含量的颜色表示的速度矢量图图5局部放大的速度矢量图图6爆炸极限等高线叠加图7压力入口流量报告68江汉大学学报（自然科学版）总第34卷到动量守恒、湍流中的质量扩散和焓变等因素的影响．②经验公式把气体泄漏理想化为绝热过程，没有与外界的能量交换．③经验公式没有充分考虑现场空间情况比如风速、罐体大小、形状、空间相对位置等诸多因素对于计算结果的影响．因此，经验公式计算结果误差较大．4结论应用Fluent软件对气罐泄漏问题进行科学的计算，可以比较准确地计算出气罐泄漏发生后物质的泄漏形态、速度、浓度等各种属性数值及其泄漏后对周围环境的影响范围．另外，可以根据爆炸极限的包络面的运动情况对环境危险程度进行评估和分区.应用Fluent软件为泄漏过程制作动画，可以更形象地观察介质泄漏过程．这些对于指导油气田地面装置、炼油厂、化工厂、油库和储气加气站等有效地防灾避灾，制定科学的避灾抗灾策略都具有重要的现实意义和深远的指导意义．参考文献：[1]Fluent Incorporated.GAMBIT2.1tutorial Guide V olume2[M].Cavendish:Fluent Incorporated,2003.[2]Fluent Incorporated.FLUENT6.1User's Guide Volume2.[M].Cavendish:Fluent Incorporated,2003.[3]Fluent Incorporated.GAMBIT2.1Modeling Guide V olume2[M].Cavendish:Fluent Incorporated,2003.[4]Fluent Incorporated.GAMBIT2.1tutorial Guide V olume1[M].Cavendish:Fluent Incorporated,2003.[5]Fluent Incorporated.FLUENT6.1User's Guide Volume1[M].Cavendish:Fluent Incorporated,2003.[6]Fluent Incorporated.FLUENT6.1tutorial Guide V olume1[M].Cavendish:Fluent Incorporated,2003.[7]Fluent Incorporated.GAMBIT2.1Modeling Guide V olume1[M].Cavendish:Fluent Incorporated,2003.[8]Fluent Incorporated.FLUENT6.1tutorial Guide V olume2[M].Cavendish:Fluent Incorporated,2003.[9]韩占忠，王敬，兰小平.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2004.[10]孔珑.工程流体力学[M].北京：中国电力出版社,2004.[11]袁思熙.工程流体力学[M].北京：石油工业出版社,2003.[12]齐鄂荣，曾玉红.工程流体力学[M].武汉：武汉大学出版社,2005.[13]董志勇.射流力学[M].北京：科学出版社，2005.[14]刘诗飞，詹予忠.重大危险辨识及危害后果分析[M].北京：北京理工大学出版社，2004.Application of Gas Tank Leaking Simulation Based on Fluent inOil-gas SecurityYANG Yi-feng,FAN Jian-chun,ZHANG Lai-bin(Security Engineering Laboratory,China University of Petroleum,Beijing102249)Abstract:In recent years,the accidents of explosion,fire and poisonous matter have ascending trend in oil field,refinery and chemical plant,most of the accidents due to abnormal leak.So the study of diffusion regularity of leak influenced by enviroment factor is very es the popu-lar fluid computing software-Fluent,towards the gas tank leak,carrys out the fluid leaking data simu-lation,it is meaningful to instruct security estimation,risk avoidance,disaster prevention.Key word:gas tank of oil field;leak;Gambit modeling;Fluent;fluid dynamic simulational computation。
中国矿业大学（北京）《安全系统工程》复习题笔记：目标院校目标专业本科生笔记或者辅导班笔记讲义：目标院校目标专业本科教学课件期末题：目标院校目标专业本科期末测试题2-3套模拟题：目标院校目标专业考研专业课模拟测试题2套复习题：目标院校目标专业考研专业课导师复习题真题：目标院校目标专业历年考试真题，本项为赠送项，未公布的不送！第三模块复习题《安全系统工程》复习题一、简答题1．解释下列基本概念（1）系统；（2）可靠性；(3) 可靠度；（4）安全标准；(5) 安全评价；（6) 径集；(7) 安全系统；安全系统由与生产安全问题有关的相互联系、相互作用、相互制约的若干个因素结合成的具有特定功能的有机整体。
（8）风险率；（9）权重；（10）稀少事件；（11）最小割集；（12）故障。
2. FMECA主要包括哪两个方面？FMECA包括故障模式及影响分析（FMEA）和危害性分析（CA）。
3．荷兰提出的单元危险性快速排序法有何优点？其评价程序是怎样的？答：国际劳工组织在《重大事故控制实用手册》中推荐荷兰劳动总管理局的单元危险性快速排序法。
该法是道化学公司的火灾爆炸指数法的简化方法,使用起来简捷方便。
该法主要用于评价生产装置火灾、爆炸潜在危险性大小,找出危险设备、危险部位。
程序：首先将生产装置划分成单元, 3. 计算一般工艺危险性系数(GPH) 2. 确定物质系数和毒性系数4. 计算特殊工艺危险性系数 (SPH)、5. 计算火灾、爆炸指数6. 评价危险等级4. 安全系统工程的研究对象和研究内容是什么？5. Mond法的评价步骤是什么？P9 86. 何谓决策？简述决策的一般过程。
7. “灰”的主要含义是什么？举出三个灰现象的例子。
8. 危险性一般可分为几个等级？各级的含义如何？9．何谓模糊决策？模糊决策的具体步骤是什么？10. 什么叫灰色系统？为什么说安全系统具有典型的灰色特征？11. 人的工效与其承受应力的关系如何？何谓人为差错？12. 失效率“浴盆曲线”的含义如何？适用于什么场合？浴盆曲线实践证明大多数设备的故障率是时间的函数，典型故障曲线称之为浴盆曲线，曲线的形状呈两头高，中间低，具有明显的阶段性，可划分为三个阶段：早期故障期，偶然故障期，严重故障期。
实验四 控制系统的根轨迹分析一. 实验目的:1. 学习利用MATLAB 语言绘制控制系统根轨迹的方法。
2. 学习利用根轨迹分析系统的稳定性及动态特性。
二. 实验内容:1. 应用MATLAB 语句画出控制系统的根轨迹。
2. 求出系统稳定时，增益K 的范围。
3. 实验前利用图解法画出系统的根轨迹，算出系统稳定的增益范围，与实测值相比较。
4. 应用SIMULINK 仿真工具，建立闭环系统的实验方块图进行仿真。
观察不同增益下系统的阶跃响应，观察闭环极点全部为实数时响应曲线的形状；有共轭复数时响应曲线的形状。
（实验方法参考实验二）5. 分析系统开环零点和极点对系统稳定性的影响。
三. 实验原理:根轨迹分析法是由系统的开环传递函数的零极点分布情况画出系统闭环根轨迹，从而确定增益K 的稳定范围等参数。
假定某闭环系统的开环传递函数为)164)(1()1()()(2++-+=s s s s s K s H s G利用MATLAB 的下列语句即可画出该系统的根轨迹。
b=[1 1]； ％确定开环传递函数的分子系数向量a1=[l 0]； ％确定开环传递函数的分母第一项的系数a2=[l -1]； ％确定开环传递函数的分母第二项的系数a3=[l 4 16]； ％确定开环传递函数的分母第三项的系数a=conv(al ，a2)； ％开环传递函数分母第一项和第二项乘积的系数 a=conv(a ，a3)； ％分母第一项、第二项和第三项乘积的系数 rlocus(b,a) ％绘制根轨迹，如图（4-l ）所示。
p=1.5i ； ％ p 为离根轨迹较近的虚轴上的一个点。
[k ，poles]=rlocfind(b ，a ，p) ％求出根轨迹上离p 点很近的一个根及所对应的增益K 和其它三个根。
K=22.5031， poles= -1.5229+2.7454i -1.5229-2.7454i0.0229+1.5108i 0.0229-1.5108i再令p=1.5108i ，可得到下面结果:k=22.6464， poles=-1.5189+2.7382i -1.5189-2.7382i0.0189+1.5197i 0.0189-1.5197i再以此根的虚部为新的根，重复上述步骤，几步后可得到下面的结果： k=23.316， poles=-1.5000+2.7040i -1.5000-2.7040i0.0000+1.5616i 0.0000-1.5616i这就是根轨迹由右半平面穿过虚轴时的增益及四个根。
2020、2021石大远程在线考试——《计算机网络课程设计》在线考试(主观题)参考资料答案中国石油大学(北京)远程教育学院《计算机网络课程设计》大作业说明1.目的：本大作业的目的是希望同学们学以致用，能够将课程上教授的理论内容在自己的工作生活实践中加以印证，理解计算机网络设计的基本内容即可。
2.方法：同学们可以结合自己的工作生活实际情况，观察所在单位（或家庭、网吧等有网络规划的地方）的网络设计情况。
具体内容有：1.要搞清楚所观察对象（单位、家庭或网吧等）的网络能够实现什么功能？这个也就是第二章需求分析的内容。
2.然后理解网络是怎么连接起来的，即第三章网络拓扑结构的内容中国石油大学(北京)远程教育学院《计算机网络课程设计》大作业题目：（四号宋体居中，2倍行距，下同）专业：班级：学生姓名：学号：年月目录第一章综述（分数占比10%） (5)1.1网络设计背景分析 (5)1.2网络设计采用的方法和原则 (5)第二章用户需求分析（分数占比30%） (6)2.1网络功能性需求分析 (6)2.2网络非功能性需求分析 (6)2.2.1网络拓扑结构需求分析 (6)2.2.2网络综合布线需求分析第三章网络拓扑结构设计（分数占比20%） (6)3.1网络拓扑结构 (7)3.2网络硬件结构 (7)3.3网络地址规划 (7)第四章网络物理设计（分数占比20%） (8)4.1网络传输介质的选择 (8)4.2网络综合布线设计 (8)第五章网络应用（分数占比15%） (9)第六章课程设计总结与体会（分数占比5%）参考文献 (10)第一章综述（分数占比10%）说明：这部分的目的是让同学们搞清楚所在单位（或家庭、网吧）网络设计的背景信息，以及设计的时候应该采用的原则和方法，这些教材上都有，目的是要理解这些原则和方法即可。
1.1网络设计背景分析×××××××××（正文部分小4号宋体，20磅行距，每段开头左缩进两字）××××××××××××××××××…………[扼要介绍一下网络规划与设计的必要性，对进行网络设计的单位（例如某某学校或企业等）情况进行简单介绍，以使读者了解网络设计的背景信息。
中国石油大学（北京）现代远程教育课程考试《安全系统工程》试卷简答题（40分）：1、解释系统工程、安全系统工程的定义。
2、简述故障与故障类型。
3、解释安全与风险的定义。
4、割集与最小割集的区别与联系。
5、径集与最小径集的区别与联系。
6、在HAZOP分析中，有哪些引导词，举例说明；7、美国道（DOW）化学公司火灾评价法与英国帝国化学公司蒙特法（MONT）有什么区别？；8、简述安全标准的定义。
9、解释什么是类推原理。
10、解释什么是安全决策。
11、简述安全检查表的优点；12、简述什么是预先危险性分析。
论述题（60分）：从以下题目中任选3个题，每题20分，共60分：1、行人过马路时，就某一路段而言，可能有车辆来往，也可能无车通行。
若有车，则分车前通过还是车后通过。
若在车前通过，如时间充分则无事故发生，如没有充足的时间，则看司机是否采取紧急措施。
若不采取措施，或采取措施但失败，则必造成人员伤亡。
以“行人过马路”为初始事件，画出行人过马路发生事故的事件树图。
2、燃气报警器由电源、检测器、接点和警报器四部分构成。
假设这四个部件的可靠度均为0.95。
试求：（1）绘制事件树分析图；（2）燃气泄漏后成功报警的概率。
3、对电机运作系统进行故障类型和影响分析。
4、某反应器系统如下图。
该反应是放热反应，为此在反应器的夹套内通入冷冻盐水以移走反应热。
如果冷冻盐水流量减少，会使反应器温度升高，反应速度加快，导致反应失控。
以“冷冻盐流量减少”作为起因事件，进行事件数分析。
温度控制器温度报警器5、某废气洗涤系统如图所示，废气中主要危险有害气体包括：HCl气体、CO气体。
洗涤流程如下：为了稀释废气中CO气体和HCl气体的浓度，在洗涤废气之前先向废气中通入一定量的N2气体，然后再进行洗涤。
首先NaOH溶液反应器会吸收混合气体中的HCl气体，HCl气体处理完，会进入第二个CO处理的氧化反应器，在这里会供应氧气进来，跟CO起反应燃烧，然后产生CO2排放到大气。
第二部分学科专业博士学位研究生培养方案07 学科门类：理学0709 一级学科：地质学070901 矿物学、岩石学、矿床学专业博士研究生培养方案一、培养目标培养德智体全面发展，具有良好的科学道德和学术作风，拥护党的基本路线，热爱祖国，遵纪守法，具有较强的创新能力和团队合作精神，在矿物学、岩石学、矿床学方面具有扎实的理论基础和系统专门知识，能够独立开展科研工作的高层次地学创新型人才。
二、培养方向1. 环境矿物学2．沉积岩及沉积矿产（含含油气盆地分析）3. 矿床学及矿床地球化学三、学习年限博士生学习年限一般为3年，非全日制博士生或交叉培养的博士生学习年限一般可延长至4年，硕博连读研究生为5年。
四、课程设置博士生的必修课程学习必须修满最低17学分。
选修课根据博士生的具体情况和培养方向而定。
跨一级学科培养的博士生必须补修所修专业硕士生专业基础课2-3门。
五、培养要求与中期考核博士研究生入学后，指导教师应在第一学期第四周前制定出每个博士研究生的培养计划。
确定每位博士研究生的主修专业课程、研究方向、研究计划等。
以督促博士研究生完成学业。
学校及学院将第三学期内，按照每位博士研究生培养计划对博士研究生的学习和教师指导工作进行中期考核。
博士研究生在作学位论文之前，必须作开题报告。
开题报告由指导教师主持，3名以上专家参加。
有关开题报告的要求必须列入博士研究生的培养计划中。
博士研究生学位论文开展以后，要求进行2次学位论文中期检查，学位论文中期检查必须由3~5名专家参加。
六、学位论文与答辩学位论文是评价博士研究生学术水平和科学创新能力的主要依据。
1、博士研究生在第2学年初，在导师指导下，写出学位论文开题报告，并在本专业或科研小组内做开题报告。
学位论文的题目应是紧密联系我国社会主义建设实际的、具有较高理论价值和生产应用价值的课题，开题报告经审核通过后按计划进行。
在论文工作进行中，要及时写出阶段性科研报告。
2、学位论文完成后，应按规定送同行专家评审，以决定是否可以组织论文答辩，答辩工作应按学校有关规定进行。
第三阶段在线作业单选题 (共29道题)收起1.（2.5分）美国帝化学公司蒙特法中的道氏综合指数中的S指的是∙ A、工艺危险值∙ B、特殊工艺危险值∙ C、布置危险值∙ D、毒性危险值我的答案：B 此题得分：2.5分2.（2.5分）评分法中一般取各评价指标的加权系数gi之和为∙ A、0∙ B、1∙ C、2∙ D、3我的答案：B 此题得分：2.5分3.（2.5分）专家评审后的预评价报告由（）审批∙ A、安全生产综合管理部门∙ B、预评价单位主管部门∙ C、建设单位主管部门∙ D、工会、卫生、劳动行政、消防部门我的答案：A 此题得分：2.5分4.（2.5分）建设项目安全卫生验收评价完成后，评价报告应由（）报送安全生产综合管理部门。
∙ A、验收评价承担单位∙ B、建设单位∙ C、设计单位∙ D、工会、卫生、劳动行政、消防部门∙ E、安全部门我的答案：B 此题得分：2.5分5.（2.5分）危险是事故可能性与事故严重性的结合，所以∙ A、事故的可能性增大1倍，危险就增大1倍∙ B、事故的严重性增大1倍，危险就增大1倍∙ C、事故严重性越大，危险就越大∙ D、当事故严重性相同时，危险与事故可能性无关我的答案：C 此题得分：2.5分6.（2.5分）皮特森（Petersen）人失误致因分析，认为过负荷、人机学方面的问题和决策错误是造成()∙ A、人失误的原因∙ B、机械失控的原因∙ C、机械∙ D、人工作业与机械我的答案：A 此题得分：2.5分7.（2.5分）按照系统安全工程的观点，安全是指系统申人员免遭？（）的伤害。
∙ A、事故∙ B、不可承受危险∙ C、有害因素∙ D、意外我的答案：B 此题得分：2.5分8.（2.5分）下列对“本质安全”理解不正确的是()∙ A、．包括设备和设施等本身固有的失误安全和故障安全功能∙ B、是安全生产管理预防为主的根本体现∙ C、可以是事后采取完善措施而补偿的∙ D、设备或设施含有内在的防止发生事故的功能我的答案：C 此题得分：2.5分9.（2.5分）可造成人员死亡、伤害、职业病、财产损失或其他损失的意外事件称为（）？∙ A、事故∙ B、不安全∙ C、危险源∙ D、事故隐患我的答案：A 此题得分：2.5分10.（2.5分） __是一种简单易行的评价作业条件危险性的方法∙ A、作业条件危险性评价法∙ B、事故树分析法∙ C、定量风险评价方法∙ D、故障类型和影响分析法我的答案：A 此题得分：2.5分11.（2.5分）事故隐患泛指生产系统中？（）的人的不安全行为、物的不安全状态和管理上的缺陷。
