文 献 综 述

一.前言

随着化学工业的迅速发展, 有害气体和液体的使用量越来越大。这些物质一旦发生泄漏, 会向空中释放大量有害气体, 其危险性大, 应急处理难度大, 会引发二次连锁反应, 带来巨大损失。水幕可以安全、高效、快捷地稀释泄漏的有毒气体或阻隔有毒气体向敏感地带扩散, 避免发生二次连锁反应。因此, 了解水幕抑制阻挡重气扩散的能力, 探索水幕设置参数对水幕抑制阻挡重气扩散能力的影响规律十分重要。

二.正文

由于重气特有的性质, 在储罐等易发生泄漏的装置周围都采取了一些保护措施, 如在其周围增加防护堤或滤网墙等屏障, 一旦发生意外泄漏可以在一定程度上起到阻挡重气扩散、保护附近工作人员和设备安全的作用, 但通常这些防护措施效果还不够明显。在国外, 水幕已被证实可以有效地控制和抑制重气扩散

（1）水幕抑制重气扩散的有效性的研究方法

水幕抑制重气扩散的实验研究主要分为现场实验和风洞模拟实验。

l 现场实验：因现场实验接近实际情况, 能够得到真实的数据资料,早在20 世纪中期国外就有学者开始了水幕抑制重气扩散相关实验研究。研究结果表明, 水幕可以有效地控制和稀释空气中的重气云浓度, 降低有毒气体的毒性, 还可以起到保护设备的作用

l 风洞模拟实验：现场实验对人力、物力和财力的消耗比较大, 且外界的环境变化复杂, 在某些情况下监测也存在困难, 因此风洞模拟实验成为研究水幕抑制重气扩散的最主要手段。现场实验对人力、物力和财力的消耗比较大, 且外界的环境变化复杂, 在某些情况下监测也存在困难, 因此风洞模拟实验成为研究水幕抑制重气扩散的最主要手段。

水幕抑制重气扩散的模型研究主要分为经验模型和流体力学模型。经验模型是基于半经验公式的, 能够估算水幕下风向的重气浓度和稀释效果; 流体力学模型需要流体力学的相关准确信息, 但只能预测水幕抑制重气云扩散的效果, 而不考虑水幕与重气云作用后的扩散。

（2）水幕抑制过程及机理

水幕抑制重气云扩散涉及到的物理过程包括被动扩散、稀释和热交换。当重气云垂直扩散通过水幕时, 包括如下几个抑制机理:水幕形成的屏障阻挡重气云的通过, 并使云团的扩散分散且增加云团垂直运动的机械效果; 通过空气流通稀释重气云; 云团、水滴和流通空气之间进行的热交换;水幕的物理吸收或化学吸收。其中的机械稀释和热交换被认为是抑制重气云扩散、稀释气云浓度的主要原因。

（3）水幕抑制重气扩散的现状。

目前水幕已作为一个有潜力的方法来降低意外泄漏的危险, 但在工业设计及应急救援中针对不同类型的事故现场, 根据泄漏状态及现场环境条件, 科学、正确地设置水幕系统, 以及合理地设置水幕系统的工作参数, 这些目前都还没有科学的理论依据作为指导。站在模型模拟研究的角度，现在的模型软件进行数值计算, 都存在一些待解决的问题。由于许多危险气体的化学性质非常活泼, 如液氯、液氨等具有较强的腐蚀性和毒性, 当发生泄漏时, 与空气中的水分结合或自身聚合, 放出大量的热, 并形成气溶胶, 其扩散特征同样受水幕、环境温度、压力、风速、大气湿度和释放源状态的影响很大。因此,目前水幕抑制重气扩散的数值模拟在很多方面还是比较理想化的研究。

（4）水幕抑制重气扩散的发展方向。

在今后的研究工作中, 以下几个方面仍需要进一步深入研究:水幕特征参数、设置形成、环境参数及泄漏状态对泄漏重气体稀释阻挡效果的影响;气体与水幕之间的热量、动量及质量传递过程;水幕稀释阻隔重气体扩散的机理;水幕后的气体扩散及浓度变化和危险区域的确定;表征水幕稀释阻隔气体扩散效果的无量纲准数以及效果判据等。

三.总结

结合上述所讲以及所提供的参考文献，本研究主要着眼于水幕的一些因素对氨气稀释有效性的一个被量化的数值模拟研究。前提必须了解气体的扩散规律以及水幕的相关概念和设计，在fluent软件的基础上，按照设定的模拟方案进行树枝模拟，最后对模拟的结果进行一个分析。今后的此研究的方向应在于两个方面：

1) 　根据不同的重气释放情形采用不同复杂程度的湍流模型, 特别是开发代数应力模型;

2) 　进一步研究有效的数值计算方法。

四.参考文献

1．佚名．化工重大泄漏事故扩散规律的实验室研究[D]．常州：江苏工业学院硕士学位论文，2006. 2． 魏利军. 重气扩散过程的数值模拟[D]. 北京: 北京化工大学, 2000. 3． 丁辉. 城市安全隐患#8212;#8212;重气泄漏的思考[J]. 安全, 2004, 2:7-9 4． M. Mohan, T. S. Panwar, M. P. Singh. Development of Dense Gas Dispersion Model for Emergency Preparedness[J].Atmospheric Environment,1995, 29(16)：2076-2087 5．张洪雪, 潘旭海.水幕抑制重气云扩散的研究进展[J]. 工业安全与环保, 2009, 35(9):32-34. 6．张洪雪, 潘旭海, 尹新. 水幕稀释阻挡重气云扩散有效性实验[J]. Fire Science and Technology, 2010, 29(2):96-98. 7．潘旭海. 事故性泄漏动力学过程的理论与实验研究[D]. 南京：南京工业大学, 2004. 8．王瑞金, 张凯, 王刚. Fluent技术基础与应用实例[M]. 北京: 清华大学出版社, 2007. 9．潘旭海, 蒋军成. 化学危险性气体泄漏模拟及影响因素[J]. 南京化工大学学报, 2001, 23(1): 19-23. 10．李学军. 化学毒性气体事故泄漏扩散的数值模拟[J]. 山东化工, 2003, 32(3): 21-27. 11．丹尼尔A. 克劳尔, 约瑟夫F.卢瓦尔, 蒋军成, 潘旭海. 化工过程安全理论及应用[M]. 化学工业出版社, 2006. 12．王淑兰, 喻健良, 丁伟信等. 易燃气和毒气泄放扩散浓度计算[J]. 化工装备技术, 2001, 22(4): 22-25. 13．胡世明. 气体释放源的三维瞬态重气扩散模型及数值研究[D]. 北京: 北京化工大学, 2000. 14．李建华, 黄郑华. 易燃有毒气体泄漏扩散及其危险范围预测[J]. 抢险救援, 1999: 53-57.15．王福军. 计算流体动力学分析#8212;CFD软件原理与应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

本课题的要求：

1. 查阅有关文献资料，了解气体的扩散规律及影响因素；

2. 了解不同类型的水幕稀释阻挡气体扩散的主要机理及影响因素；

3．熟悉FLUENT软件的使用；

4. 制定数值模拟研究方案；

5．开展数值模拟研究；

6．对数值模拟结果进行分析处理，得出结论。

本课题解决的问题：

对受限空间内水幕对氨气的稀释作用的有效性的影响因素，水幕的设置参数的研究以及利用数值模拟软件找出有效性与诸多影响因素的相关性。

本课题拟采用的研究手段：

研究手段为数值模拟，以fluent软件为平台，设定数值模拟方案，并开展数值模拟，对数值模拟的结果进行分析处理。在使用fluent软件对一些实际问题进行模拟时，常常需要设置工作环境、设置边界条件和选择算法等，特别是算法的选择，对模拟的效率和其正确性有很大的影响，需要特别的重视，要正确设置数值模拟的条件，有必要了解数值模拟的过程。