水幕稀釋氨氣泄漏擴散機理研究.pdf

1、隨著工業(yè)發(fā)展，氨氣在化學(xué)和食品工業(yè)中用量不斷增大，因氨氣泄漏導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失的事故案例也呈逐年上升趨勢。水幕作為一種有效的氣體泄漏處置措施得到了高度重視，但水幕稀釋氨氣云團過程的作用機理尚不明晰，尤其是水幕液滴與氨氣云團之間存在的質(zhì)量傳遞機理研究尚未見文獻報道。因此研究水幕在稀釋氨氣泄漏云團擴散過程中的作用機理，系統(tǒng)研究水幕關(guān)鍵參數(shù)對稀釋效率的影響規(guī)律，構(gòu)建水幕稀釋氨氣濃度分布預(yù)測模型，是安全工程領(lǐng)域研究熱點問題，也是過程工業(yè)關(guān)注

2、的重點問題，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文以氣液間傳質(zhì)的雙膜理論為基礎(chǔ)，考慮液滴吸收氨氣傳質(zhì)特性，建立了液滴吸收氨氣理論計算方程。在此基礎(chǔ)上，采用用戶自定義方式將液滴吸收氨氣傳質(zhì)計算方程寫入CFD軟件中，建立了水幕稀釋氨氣擴散數(shù)值模型，并以Dandrieux水幕實驗進行驗證。結(jié)果表明：RNG k-?湍流方程比標(biāo)準(zhǔn)k-?湍流方程能更準(zhǔn)確地模擬氨氣云團自然及強制擴散行為；不考慮液滴吸收氨氣的水幕稀釋效率明顯低于實驗的水幕

3、稀釋效率，說明液滴吸收氨氣對于水幕稀釋效率的貢獻不可忽視。本文構(gòu)建的水幕稀釋氨氣擴散數(shù)值計算模型可以全面地反映水幕與氨氣云團間的動量、熱量和質(zhì)量傳遞行為，相比之前的數(shù)值模擬研究具有一定的優(yōu)越性。
　　利用建立的數(shù)值計算模型研究氨氣自然擴散及強制擴散，得到了不同風(fēng)速下氨氣自然擴散下風(fēng)向濃度分布及水幕液滴與氨氣云團的動量、熱量和質(zhì)量的作用規(guī)律。結(jié)果表明：氨氣自然擴散的危險風(fēng)速為2m s。水幕對氨氣云團的動量作用是在水幕液滴形成的屏障導(dǎo)

4、致氨氣云團向上和向兩側(cè)運動，水幕屏障后方存在一個旋渦回流，空氣向水幕內(nèi)的卷吸作用抑制了云團向下風(fēng)向的運動，從而達(dá)到水幕稀釋的效果；水幕對氨氣云團的熱量作用規(guī)律是水幕液滴溫度提高了云團溫度，降低云團密度，增加了云團向上和向兩側(cè)的運動趨勢，降低下風(fēng)向氨氣濃度；水幕對氨氣的質(zhì)量作用規(guī)律是主要通過液滴運動軌跡的前半段的吸收作用降低氣相氨氣濃度。另外定量研究結(jié)果表明，液滴吸收氨氣可為水幕稀釋效率提供約25％的貢獻。進一步通過數(shù)值模擬與實驗相結(jié)合的

5、方法研究了水幕系統(tǒng)的液滴溫度、供水量和安裝位置等關(guān)鍵參數(shù)對水幕稀釋效果的影響規(guī)律。結(jié)果表明，較高的水幕液滴溫度將熱量傳遞給氨氣泄漏云團，降低云團密度，強化了水幕的提升效應(yīng)，抑制云團下風(fēng)向的擴散；水幕供水流量對水幕稀釋效果的影響規(guī)律是，隨著供水流量增加，水幕稀釋效果快速上升到一穩(wěn)定值，之后不再顯著提高；供水流量變化也影響液滴吸收氨氣濃度和吸收總量，隨供水流量的增加，液滴吸收氨氣濃度和吸收總量快速增加到一最高值，之后呈減小趨勢；安裝距離對水

6、幕稀釋
　　效果的影響規(guī)律是總體上稀釋效果隨安裝距離增大而減小，但安裝距離不能過小，否則可能導(dǎo)致具有泄漏初始動量的氨氣穿過水幕間隙泄漏到下方區(qū)域。
　　以水幕稀釋氯氣濃度分布預(yù)測的RED模型為基礎(chǔ)，嵌入水幕液滴吸收氨氣傳質(zhì)計算方程，建立了水幕稀釋氨氣濃度分布預(yù)測模型，并采用實驗數(shù)據(jù)進行了驗證。通過采用實驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)對建立的水幕稀釋氨氣濃度預(yù)測模型的評估，結(jié)果表明該預(yù)測模型可以較為準(zhǔn)確地計算不同條件下的氨氣自然及強制擴散的

7、濃度影響區(qū)，可為氨氣泄漏事故后果和水幕稀釋效果預(yù)測提供了計算方法和依據(jù)。另外，采用氣體泄漏后果的概率函數(shù)法計算了水幕系統(tǒng)供水流量和安裝距離對水幕減災(zāi)效果的影響，結(jié)果表明，供水流量增大有利于減小水幕稀釋后氨氣濃度，但過大的流量減災(zāi)效果不再明顯；水幕安裝距離應(yīng)該放置在氨氣被動擴散的區(qū)域。
　　本文建立的液滴吸收氨氣的傳質(zhì)計算方程，理論上發(fā)展了水幕稀釋氨氣泄漏云團擴散作用機理。建立的數(shù)值模型提高了數(shù)值模擬研究的準(zhǔn)確性，具有一定的優(yōu)越性。