建筑物对氯气泄漏扩散影响的数值模拟

消 防理论研究
建 筑 物 对 氯 气 泄 漏 扩 散 影 响 的数 值 模 拟
吴玉剑 ， 旭海 ， 智灏 潘 孙 （ 南京 工业 大学 城 市建设 与安全 工程 学 院， 苏 南京 ２ ０ ０ ） 江 １ ０ ９
摘 要 ： 于 Ｆ Ｎ 软 件 的 物 质 传 输 模 块 建 立 氯 气 泄 基 Ｉ ＵＥ Ｔ
时变 化 ， 且 变 化 相 当 剧烈 ， 时又 由 于地 形 的 阻 塞 与 分 而 同 流 ， 散 过 程 远 比平 坦 地形 复杂 ， 使 模 型 的 预 测 与 实 际 扩 这
慎 就 会 酿 成 事 故 ， 国 家 和 人 民 的 生 命 财 产 造 成 破 坏 和 给 损 失 。据 统 计 ， 气 是 我 国 重 气 事 故 发 生 率 最 多 的危 险 氯 化 学 品之 一 。 目前 ， 内外 有 关 氯 气 泄 漏 扩 散 的 事 故 很 国
多 ， 仅 影 响 到 企 业 本 身 的 安 全 ， 至 影 响 到 区域 的公 共 不 甚
大 的危 害 。另 外 ， 实 际发 生 的气 体 泄 漏 扩 散 事 故 中 ， 在 泄
漏 气 体 往往 沿地 表 进 行 扩 散 ， 散 过 程 中易 受 地 表 状 况 扩 （ 建 筑 物 等 ） 影 响 ， 时 地 形 条 件 是 影 响其 扩 散 行 为 如 的 此 的 重要 因素 。 由于 地 形 的 影 响 ， 度场 、 场 和 湍 流场 随 温 风
漏 扩散 模 型 。考 虑 建 筑物 对 氯 气泄 漏 扩 散 的 影 响 ， 对 不 同 的 针
建 筑物 宽度 、 度 、 漏 口与 建 筑 物 的 距 离 以及 泄 漏 口与 建 筑 高 泄
物 的相 对位 置 等 对 氯 气泄 漏 扩 散 进 行 数 值 模 拟 。结 果 表 明 ： 随 着 建 筑物 宽度 增 加 ， 气体 的 高 浓度 区逐 渐 从 建 筑物 两侧 转 移 到 建 筑物 顶 部 ； 着 建 筑 物 高 度 增 加 ， 体 的 高 浓 度 区逐 渐 从 建 随 气
文 章 编 号 ：０ ９ ０ ２ （ Ｏ ） １ ９ ９ ４ １ ０ — ０ ９ ２ １ １ —０ ３ —０ Ｏ
压缩 流 体 的 运 动 ， 以 大 气 边 界 层 中 的 不 可 压 流 体 可 用 所
Ｎａ ｉｒ ｔ ｋ ｓ方 程 描 述 ， 式 （ ） （ ） ｖｅ —Ｓ ｏ ｅ 见 １ 、２ 。
低 ； 漏 源在 建 筑物 下风 向 时 ， 建 筑 物 背部 回 流 风 场 的 影 响 ， 泄 受
１ １ 扩 散 过 程 基 本 方 程 ． 重 气 在 边 界 层 中 的传 送 和 扩 散 过 程 都 是 通 过 湍 流输 送 来 实 现 的 。计 算 流 体 力 学 中用 于 描述 重 气 在 中性 大气
中湍 流 扩 散 的 三 维 非 定 常 方 程 主 要 有 连 续 性 方 程 、 量 动
气体 向建 筑 物 方 向 扩 散 并 逐 渐 向 两 侧 扩 散 ， 时使 气 体 积 聚 在 同 此 不 易扩散 ， 致 泄 漏 源和 建 筑物 背风 侧 的 气体 浓 度 较 高 。 导
关 键 词 ： ＵＥＮＴ；氯 气 ；泄 漏 扩 散 ；数 值 模 拟 ＦＬ 中 图 分 类 号 ： １． ， Ｘ９ ３ ４ ＴＵ９ ２ ７ 文 献标 志码 ： Ａ
方 程 、 量 方 程 、 分 方 程 及 气 体 混 合 物 状 态 方 程 。 与分 能 组 子 扩 散 相 比 ， 气 边 界 层 中湍 流 将 大 大 加 强 气 云 与 大 气 大 的 动 量 、 量 和 质 量 的 传 递 。 由于 在 低 层 大 气 中风 速 比 热 声 速 小 得 多 ， 以 把 空 气 中质 点 的平 均 运 动 看 作 是 不 可 可
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安全 ， 其扩散过程进行研究具有一定的现实意义 。 对
１ 物 理 描 述
筑物 顶 部 转 移 到 建 筑 物 两 侧 ； 着 距 离 的 增 大 ， 过 建 筑 物 的 随 越
气体 增 加 ， 建 筑物 下 风 向 的 气 体 浓 度 就 越 高 ； 漏 源距 离地 在 泄 面越 高 ， 漏 气 体扩 散 至 地 面 的 垂 直 距 离增 大 ， 相 同 的 泄 漏 泄 在 源 强度 和 气 象 条 件 下 ， 散 至 地 面 同 等 距 离 处 的 气 体 浓 度 越 扩
化工 生 产 、 输 、 存 和 使 用 过 程 中 涉 及 各 种 类 型 的 运 储 易 燃 易爆 、 毒 有 害 的危 险 物 质 ， 旦 发 生 泄 漏 事 故 ， 有 一 将
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（ １）
会 造成 严 重 的经 济 损 失 以 及 人 员 伤 亡 ， 时 对 环 境 造 成 同
速度 ， ／ ； ｍ２ ｓｐ为混 合 气 体 密度 ，ｇ ｍ３ ｐ为 绝 对 压 力 ， ａ／ ｋ／ ； Ｐ ；ｔ ｚ 为 流体 的湍 流粘度 ，ｇ （ ・ｓ ； 为脉 动速度 ， ｓ ｋ ／ ｍ ） ｍ／ 。
１ ２ 湍 流 模 型 的选 择 ． 用 湍 流模 型 来 封 闭 以上 方 程组 。 准 一∈ 型 适 合 完 标 模
重 气 泄 漏 后 易 在 地 面 和低 洼 处 积 聚 ， 散 时 存 在 一 个 “ 扩 坍 塌 ” 程 ， 而 使 得 横 向 污 染 距 离 大 ， 云 高 度 低 且 高 浓 过 因 气 度 区域 持 续 时 间 长 ， 时 间 内污 染 程 度 加 剧 ， 易 造 成 更 短 容
式 中 ： 为 （ ，） 个坐 标方 向上 的速度 ， ｓｇ为重力 加 ， ｚ 三 ｍ／ ；
不 可逆 的影 响 。根 据 原 劳 动 部 的有 关 统 计 数 据 ， 因毒 在 物 泄 漏 造 成 的人 员 伤 亡 中 ， 有 ９ 与 重 气 泄 漏 有 关 。 约 Ｏ
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