下载文档原格式
燃气扩散模型燃气扩散模型是一种数学模型，用于预测燃气泄漏后在空气中的扩散情况。
该模型可以帮助人们评估和控制燃气泄漏对周围环境和人类健康的影响。
本文将从以下几个方面详细介绍燃气扩散模型。
一、燃气扩散模型的基本原理1.1 扩散过程燃气扩散是指在不断地分子碰撞作用下，由高浓度区域向低浓度区域传递的过程。
在这个过程中，分子会不断地向四周运动，直到达到平衡状态。
1.2 燃气泄漏当管道或储罐中的燃气泄漏时，会形成一个高浓度区域。
这个高浓度区域会随着时间的推移逐渐向周围扩散。
1.3 扩散模型扩散模型是通过数学公式描述扩散过程的规律。
它可以根据环境条件和泄漏源特征来预测燃气在空气中的传播情况。
二、燃气扩散模型的构建方法2.1 基于物理模型基于物理模型的燃气扩散模型通常是通过对扩散过程中的物理规律进行建模来实现的。
这种模型需要考虑多个因素，如气体密度、温度、湿度、风速等。
2.2 基于统计学模型基于统计学模型的燃气扩散模型通常是通过对大量实验数据进行分析和拟合来实现的。
这种模型不需要考虑太多物理因素，只需要根据实验数据进行预测即可。
2.3 基于计算流体力学（CFD）模拟基于CFD模拟的燃气扩散模型可以更加准确地描述燃气在空气中传播过程。
这种方法需要将空间分割成小块，并对每个小块内部的流动进行数值求解。
三、燃气扩散模型中常用的参数3.1 气体密度气体密度是指单位体积内所含有的质量。
它通常会随着温度和压力变化而变化。
3.2 温度温度是指物体内部分子运动所具有的能量大小。
它会影响气体分子的速度和碰撞频率，从而影响扩散过程。
3.3 湿度湿度是指空气中水蒸气所占的比例。
它会影响气体分子的速度和密度，从而影响扩散过程。
3.4 风速风速是指空气运动的速度。
它会对燃气扩散产生很大的影响，因为它可以将燃气迅速地带走。
四、燃气扩散模型在实际应用中的局限性和改进方法4.1 局限性燃气扩散模型通常只考虑了燃气在空气中的传播情况，而没有考虑到其他因素，如地形、建筑物等。
几类不同石油泄漏问题的数学模型 无限空间中的瞬时源扩散（油轮失事）无限空间中的连续源扩散（钻井平台泄露——墨西哥湾） 有限空间中的扩散问题（海岸受到的污染总是最严重的） （菲克定理的一些解释）无限空间中的瞬时源扩散（油轮失事） 一维情况 二维、三维情况 随流扩散（不做讨论）一维情况考虑一根长水管，水管中的水流静止不动，在O 点处泄露了总质量为M 的石油。
则C=ƒ（M,D,x,t ） D 为分子扩散系数 C 为扩散物质浓度由22xC D t C ∂∂=∂∂，通过量纲分析，可得==DtM t x C π4),()4(Dtx f令Dtx 4=η 则)(4ηπf DtM C ==∂∂tC -t DtM 1412π（f +ηηd df）22x C ∂∂=2244ηπd fd Dt Dt M而=∂∂tC22x C D ∂∂代入化简可得 02222=++f d dfd f d ηηη即0)2(=+f d dfd d ηηη 即const f d df=+ηη2，不妨取const =0故2)(ηη-=Ae f ，A 为一实数，现在来确定A 的值 由题知 C=DtM π42η-Ae 而M=⎰⎰∞+∞--∞+∞-==MA dx AeDtM Cdx Dtx 424π故A=1 即C （x,t ）=DtM π4Dtx e42-从而可以发现，一维情况下的无限空间瞬时源石油泄漏问题呈正态分布。
二维情况 三维情况二维情况下，C （x,y,t ）=),(),(21t y C t x C ⋅ 故)44(21224tD y t D x yx y x eD D Dt M C C C --=⋅=π⎰⎰+∞∞-+∞∞-=dxdy t y x C M ),,(同理，三维情况下，)444(23222)(8),,,(tD Z t D y t D x zy x z y x eD D D t Mt z y x C ---=π⎰⎰⎰+∞∞-+∞∞-+∞∞-=dxdydz t z y x C M ),,,(一般情况下，z y x D D D ==于是)4(23222)(8),,,(Dtz y x etD M t z y x C ++-==π随流扩散情况（即考虑海风、洋流等情况）可假设液体流速为μ，且沿力的方向，从液体中某一点为坐标原点建立新坐标系，则原坐标系坐标为力的点在新坐标系中为x-μt 。
一、泄漏物质在大气中扩散的计算模型1.泄漏物质在大气中扩散的计算模型 如果化学危险物质只是具有易燃易爆性，则发生泄漏后虽然可能产生极为严重的火灾、爆炸事故，但是影响的范围不大，仅局限于厂区内部或临近的区域。
但是，若该物质具有毒性，泄漏后能在大气中扩散，则将造成大范围内的人员中毒事故。
对于毒物在大气中扩散的计算，可以根据下列情形进行。
（1）泄漏危险源瞬时排放的情形 泄漏危险源为瞬时排放时，如果排放质量为Q(kg),则空间某一点在t 时刻的浓度由下式得出：()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++--=•••••••••••••z y x z y x z y ut x •Qt z y x C 2222222/321exp )2(2),,,(σσσσσσπ (公式3-19) 式中x —下风方向至泄漏源点的距离，m;y,z —侧风方向、垂直向上方向的离泄漏源点的距离，m;u —风速，m/s;σx ,σy ,σz, —分别为x,y ,z 方向的扩散参数； t —扩散时间，s(2)泄漏危险源连续排放的情形若泄漏源为连续排放，泄漏速率为Q(kg/s)时，则空间莫一点在t 时刻的浓度由下式得出：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=••••••••z y z y z y u Q t z y x C 222221exp ),,,(σσσπσ (公式3-20) 式中符号意义同上。
对于扩散参数σy , σz,，这里引用TNO 有关的公式：•ax Q ••by••dz cx Q （公式3-21）根据上述两个大气扩散公式，即可算出有毒气体泄漏后造成的毒害区域。
扩散系数a 、b 、c 、d 与大气稳定条件见表3-1表3-1 扩散参数与大气稳定条件 大气条件 a b c d 极不稳定A 0.527 0.865 0.28 0.9 不稳定B 0.371 0.866 0.23 0.85 弱不稳定C 0.209 0.897 0.22 0.8 中性D 0.128 0.905 0.2 0.76 弱稳定E 0.098 0.902 0.15 0.73 稳定F0.0650.9020.120.67例：某压缩天然气（CNG ，含CH 496.23%）高压输送管的内部绝对压力为2.6Mpa,外界大气的压力位0.1Mpa,管道内径600mm.若管道发生开裂导致天然气泄漏，泄漏的裂口为狭窄的长方形裂口，裂口尺寸为管径的60%，宽为2mm.已知甲烷的爆炸下限浓度为5%。
燃气扩散模型简介燃气扩散模型是一种用于预测燃气泄漏后的扩散范围和浓度分布的工具。
它通过考虑燃气的物理特性、环境条件和扩散机制等因素，可以提供关键的信息，用于评估安全风险、制定预防措施和应急响应方案。
本文将详细探讨燃气扩散模型的原理、应用和发展趋势等内容。
燃气扩散模型的原理1.扩散机制–燃气在空气中的扩散过程主要受到扩散和对流两种机制的影响。
扩散是指燃气分子由高浓度区域向低浓度区域的自发传递，受到浓度梯度的驱动；对流是指燃气随着空气流动的运动，受到气流速度和方向的影响。
–燃气的扩散速率受到多种因素的影响，包括燃气的分子尺寸、分子间作用力、温度、压力和湿度等。
不同类型的燃气扩散速率存在差异，需要根据具体情况进行模型参数的确定。
2.初始条件–燃气扩散模型需要确定燃气泄漏的初始条件，包括泄漏源的位置、泄漏速率、泄漏时间和泄漏物质的性质等。
这些参数对于预测扩散范围和浓度分布都有重要的影响。
–泄漏源的位置和泄漏速率可以通过现场观测或数值计算得到，泄漏时间可以根据事故发生情况进行估计，泄漏物质的性质需要考虑其物理化学特性和毒性等因素。
3.环境条件–环境条件是燃气扩散模型中的重要因素，包括大气压力、温度、湿度、气流速度和方向等。
这些条件对于燃气扩散的影响需要进行准确的测量和输入，以保证模型的可靠性。
–特殊地形和气象条件可能会对燃气扩散产生显著影响，例如山谷、峡谷和湖泊等地形会限制燃气的扩散，高温和高湿度条件会导致燃气分子更具活性和混合性。
燃气扩散模型的应用1.安全评估–燃气扩散模型可以用于评估燃气泄漏对周围环境和人员的影响。
通过模拟不同泄漏场景下的扩散范围和浓度分布，可以预测燃气扩散的情况，并对可能出现的风险和危害进行评估。
–根据评估结果，可以制定相应的防护和预防措施，提高现场人员的安全意识和应急响应能力。
同时，也可以为相关部门提供决策依据，制定相应的管理和监督政策。
2.应急响应–在燃气泄漏事故发生时，燃气扩散模型可以提供及时的预测和评估信息，帮助应急部门做出正确的决策和应对措施。
天然气管道泄露扩散模型研究作者：邹红杰周静郑文来源：《科技资讯》2017年第16期摘要：随着经济的迅猛发展，世界环境条件随之下降，近年来，随着可持续发展和环保理念的提出和渗透，无污染的能源越来越成为众多资源中的首选，天然气因其本身利用条件和后续影响的环保性作为一种新型能源。
但目前天然气运输过程中仍存在很多不可控因素，由于管道泄露引起的事故时有发生，对天然气资源造成严重的浪费，并损坏设备器械，甚至威胁到工作人员的生命安全。
因此，对天然气管道泄露扩散进行模型研究是非常有必要的，通过模型研究了解天然气管道泄露的一系列风险和因素，从而对风险进行评估并采用合理的保障措施，以降低天然气运输的危险系数和事故率。
关键词：天然气管道泄露泄露扩散模型研究中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（a）-0067-02经济与环境和谐发展已经成为当前世界共有的理念，天然气的广泛应用响应了环保理念，但由于天然气为易燃易爆气体，运输过程中存在一定的风险。
而我国天然气资源并不丰富，天然气资源的存在区域距离天然气使用区域较远，因此，空间上的距离使得天然气的运输更加具有难度。
而天然气运输过程中的危险因素主要来自于管道泄露，管道系统之间的连接部位密封性差、管道泄露以及人为因素都会造成天然气管道泄露，除人为因素的可控原因外，这两个因素具有不可控性，但对此进行风险评估和控制可以降低事故发生率。
所以，对天然气运输进行泄露扩散模型研究非常有必要，并且对天然气运输有着重要的防范作用。
1 天然气管道泄露扩散模型1.1 天然气管道泄露模型通常情况下，天然气管道泄露模型有两种：一种是孔隙模型，另一种是管道模型。
而孔隙模型根据孔隙的大小又分为大孔模型和小孔模型，如若泄露孔直径与气管直径的比值小于0.2，是使用小孔模型进行计算，如果比值是在0.2和0.8之间，那么就选用大孔模型。
如果泄露孔直径与气管直径的比值大于0.8，则选用管道模型进行拟算和研究。
放射性气体扩散的预估模型摘要：由于放射性气体泄漏造成惨重损失的报道在国际屡见不鲜，近日日本福岛核电站的放射性气体的泄漏事件更让我们关注放射性气体泄漏时在环境中的浓度问题，为了今后事故发生后提供积极的补救措施, 所以对放射性气体的扩散作深入的研究是很有必要的。
本文结合高斯烟羽模型、线性拟合，以及微分方程模型，运用MA TLAB软件，分析了泄漏源强度、风速、大气稳定度参数、地面粗糙度参数和计算精确度等的因素对放射性气体扩散的影响，预测了放射性气体浓度在不同时间，不同地区的浓度变化，并且本文模型中的数据可以根据不同的实际情况而加以改变，因而使本文的应用范围大大增加，可以适用于具有较强的应用性。
文章首先在第一问中利用MA TLAB软件对数据进行线性拟合，采用微分方程模型得到核电站周边放射性气体在不同地区，不同时间段的浓度变化，得出随着离泄漏源距离的延伸，最终放射性物质的浓度越来越小，趋近于零，即当L趋向无穷是，C(x,y,z,t)趋向于零；当时间趋于无穷时,C（x,y,z,t）也趋于无穷。
问题二，问题三中，建立以核电站周边不同地区得距离以及风速为因变量，设置各个主要因素的参考数据，同时，利用高斯烟羽模型对核电站周边地区的浓度进行预测，然后，利用MATLAB软件，将相关数据代入程序，我们得到核电站周边地区的浓度分布的等高曲线。
问题四中，通过实际收集数据，集合核电站周边地区的浓度等高曲线，可以直观的看出日本福岛核电站对我国东海岸以及美国西海岸的影响。
一．问题的提出1.1背景的介绍目前，核电的发展给国家带来了巨大的经济效益和社会效益，但核电正常运行以及发生泄露时不可避免的会有气载放射性核素排出，这样就给周围的环境产生了一定的影响，因此，正确的测出大气中放射性物质的浓度在环境检测以及安全评估中具有重要意义。
1.2需要解决的问题的放射性气体以匀速排出，设有一座核电站遇自然灾害发生泄漏，浓度为p速度为m kg/s，在无风的情况下，匀速在大气中向四周扩散, 速度为s m/s.（1）请你建立一个描述核电站周边不同距离地区、不同时段放射性物质浓度的预测模型。
Science &Technology Vision科技视界0引言天然气作为一种清洁优质的能源,在我国大力发展低碳经济的过程中获得了前所未有的发展。
由于我国的天然气资源产地远离天然气需求中心,而且从总体上来说,我国并不具备足够丰富的天然气资源,而是通过运输将国内外的天然气资源运送至天然气消费城市,因此天然气的运输十分重要。
又由于运输管道距离长,运输天然气量大,因此管道泄漏事故频发,为预防此类事故发生进而造成重大损失,人们对天然气管道泄漏扩散过程研究就显得尤为重要。
本文综述了人们对天然气泄漏扩散的模型研究,阐述了目前天然气泄漏模型、扩散模型的适用范围及进展,为今后的研究提供了参考资料。
1泄漏模型目前,常用的气体泄漏模型主要有Levenspie [1]、Crowl [2]孔隙模型及管道模型。
其中孔隙模型又分为小孔模型和大孔模型,其适用范围分别为泄漏孔与管道直径比d/D≤0.2和直径比为0.2<d/D<0.8的情况。
当泄漏孔与管道直径比d/D≥0.8时,则可按管道模型进行计算[3]。
而对于气体泄漏,严格来说其均属于非稳态泄漏,由于泄漏率动态计算十分复杂,因此常常将稳态模型与非稳态模型进行结合应用。
冯云飞等[4]以国内外泄漏速率计算模型为基础,研究燃气管线泄漏率计算的主要模型和分类方法,总结出稳态条件下小孔模型、大孔模型和管道模型的计算式,说明其各自的适用范围,并指出在此情况下的分界点分别为直径比d/D 为0.2和0.6,此外还提出对于大孔模型高压和低压分开计算泄漏率的新方法。
王大庆等[5]则提出在不同起始压力下或泄露发生于管线起点不同距离处的一种泄漏率简化方法,该方法不仅避免了判断流型的复杂过程,还解决了因出现孔口亚临界流而导致泄漏率求解不变的问题,对泄漏模型的发展起到了推动作用。
向素平等[6]结合实际中的限流情况和因紧急切断装置动作造成的不稳定状态,以及管道泄漏处天然气的流速(音速或是亚音速),建立了管道泄漏模型,若将所建模型和扩散模型结合,可以更准确的得出该泄漏所造成的影响范围,对抢修工作具有一定的指导意义。
