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    188宝金博页面版: 连续点源泄漏事故的数学模型研究

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    内容提示： 　消防理论研究　连续点源泄漏事故的数学模型研究关世钧, 王学峰( 辽阳市消防支队, 辽宁 辽阳 111000)　　摘　要: 重点讨论连续 点源的扩 散模式, 利 用 高斯公式建立了 气体扩散的数学模型, 并以此为 理论, 讨论了 在泄漏 事故中警戒区域的确定方法, 从理论上指导消防部队的救援行动。关键词: 泄漏; 点源; 扩散; 数学模型中图分类号: TQ086, X913　　　文献标识码:A文章编号: 1009- 0029( 2004) 04- 0313- 041　引　言随着石油化工工业的发展, 在化学危险品的生产、储存及运输过程中不可避免地发生有毒或可燃气体、液体的泄漏事故。 如 1999 年 12 ...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：17 | 上传日期：2015-04-08 08:21:12 | 文档星级：
    　消防理论研究　连续点源泄漏事故的数学模型研究关世钧, 王学峰( 辽阳市消防支队, 辽宁 辽阳 111000)　　摘　要: 重点讨论连续 点源的扩 散模式, 利 用 高斯公式建立了 气体扩散的数学模型, 并以此为 理论, 讨论了 在泄漏 事故中警戒区域的确定方法, 从理论上指导消防部队的救援行动。关键词: 泄漏; 点源; 扩散; 数学模型中图分类号: TQ086, X913　　　文献标识码:A文章编号: 1009- 0029( 2004) 04- 0313- 041　引　言随着石油化工工业的发展, 在化学危险品的生产、储存及运输过程中不可避免地发生有毒或可燃气体、液体的泄漏事故。 如 1999 年 12 月 26 日大连三木精细化工厂硫化氢泄漏事故, 1998 年 3 月 5 日 西安液化气泄漏事故, 都造成了多人伤亡。泄漏介质进入大气后伴随周围的空气的运动, 形成大面积的危险区域。 然而,在类似事故处置过程中, 由于警戒区域的确定没有明确的依据, 增加了 救援行动的难度和危险。 尽管泄漏介质多种多样、 性质各异, 但都必须解决一个基本问题,即正确推断各种条件下泄漏介质的浓度分布及其随时间的变化。目 前, 对大气扩散理论和实验研究为其提供了 研究问题的基础和解决问题的途径及方法。 笔者着重讨论 10 km 范围内开阔平坦地形上的任意高度连续点释放源的泄漏成灾模型, 以模式计算的形式给出泄漏介质随着时间和空间变化的规律, 从理论上确定警戒区域, 以指导消防部队的紧急救援行动。[ 2]2　成灾模型的求解条件( 1) 地形开阔平坦, 地表性质均匀;( 2) 泄漏介质是被动的, 要完全和周围空气一样运动;( 3) 泄漏介质是相对固定的, 从泄漏点到地面之间没有任何损失, 不发生变化;( 4) 泄漏介质处于同一温度结构的气层之中, 计算范围不超过 10 km;( 5) 气流流动场平直、 稳定, 平均风速和风向没有显著的变化;( 6) 连续释放源公式仅适用于 ≥( 1～2) m/s 的情形。 风速太小时连续性条件不成立, 必须考虑 x 方向( 风向) 的扩散作用, 应采用“ 气团”模式或其它准静风模式。3　扩散公式的推导由图 1 所示的无界空间中的一个泄漏点源, 取源点为坐标原点, x 轴与平均风向一致。 设泄漏点的源强为 Q, 气流为圆锥形, 且在每一个与 x 轴垂直的气流截面上, 泄漏介质的浓度是均匀的, 计算气流中每一点的浓度。图 1　无界空间泄漏点源示意图若不记 x 方向扩散引起的涨落。 根据连续条件每秒钟通过任意截面 A 的污染物应为 Q, 每秒钟通过截面A 的空气量有r上任意一点的浓度按式( 1) 计算:2, 截面半径 r 是 x 的函数, 截面C=Q??r2( x)( 1)式中: Q——单位时间通过任意截面 A 的污染物, g/s;——风速,m/s;r——截面 A 的半径, m;C——截面上任意一点泄漏介质的浓度, g/mr(x) 随 x 增大, 浓度逐渐减少。如果气流截面是椭圆形, 长轴长为 2a, 短轴长为2b, 则浓度的计算如公式( 2) :3。C=Q??a( x ) b( x )( 2)从上面计算可以看出, ?r2( x ) 或 ?a( x ) b( x )越大, 泄漏介质的浓度就越小。它们是大气扩散稀释能力的标志。 r(x) 和a(x)b(x) 是扩散的范围, 在相同的距离上, 它们的大小取决于湍流扩散速率。3. 1　无界情况下高斯扩散公式的推导气流截面上的浓度不是均匀的, 而是正态分布, 如图 2 所示。 则 C= Cme- y2/ 22y, 由此得:C(x,y,z) = A?exp[ -12(y22y+z22z) ]( 3)313消防科学与技术 2004 年 7 月 第 23 卷第 4 期

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