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有毒气体物质泄漏扩散模型研究 Studies on the Discharging Dispersion of Toxic GasesStudies on the Discharging Dispersion of Toxic Gases 指导老师：任玉新教授指导老师：任玉新教授学生：刘启林学生：刘启林1 1进度安排：•2007.03.05~03.22 2007.03.05~03.22 文献调研，开题报告；文献调研，开题报告；•03.23~04.1 03.23~04.1 模型比较并选择；模型比较并选择；•04.1~04.28 04.1~04.28 数值模拟，中期总结；数值模拟，中期总结；•04.29~06.15 04.29~06.15 论文撰写，答辩论文撰写，答辩 2 2主要内容：•课题目标•SLAB理论模型•SLAB的两种模式•SLAB的算例3 3课题目标：•找出一种简单而又不失准度的模型来快速预测有毒或可燃气体泄漏扩散后的体积浓度分布（计算时间在普通PC机上不能超过10s）•经过多种模型的比较，选择了SLAB模型4 4SLAB理论模型•四种泄漏源类型•组分、质量、能量、动量的守恒方程•气体状态方程•气团宽度、高度、（长度）的发展方程•SLAB的几个子模型•SLAB的重构5 5四种泄漏源类型•地面蒸发池•水平喷射 烟羽模型•垂直喷射 •瞬间泄漏 烟团模型 6 6SLAB的简化1 1、对守恒方程的简化策略：、对守恒方程的简化策略： 烟羽：烟羽： ，，所有物理量度都是按照下述形式在垂直于风向的平面内的平均，并且所有物理量度都是按照下述形式在垂直于风向的平面内的平均，并且都只是都只是x x的函数：的函数： 烟团：所有气团的参数都是在三维空间里平均的：烟团：所有气团的参数都是在三维空间里平均的： 在连续稳定的烟羽模型中，侧风向的面内平均简化出只与下风向距离在连续稳定的烟羽模型中，侧风向的面内平均简化出只与下风向距离x x有关的微分方程。

有关的微分方程在瞬间泄露的烟团模型中，气团内部的整个空间平均简化出只与时间在瞬间泄露的烟团模型中，气团内部的整个空间平均简化出只与时间t t有关的微分方程有关的微分方程相比较于二元、三元微分方程而言，一元微分方程可以很快地用数值方法求解相比较于二元、三元微分方程而言，一元微分方程可以很快地用数值方法求解2 2、对状态方程的简化：、对状态方程的简化： 假设为理想气体，一般为三种气体（干空气、泄漏气体、水蒸气）的混合状态假设为理想气体，一般为三种气体（干空气、泄漏气体、水蒸气）的混合状态方程3 3、气团宽度、高度、（长度）的发展方程：、气团宽度、高度、（长度）的发展方程： 主要从质量扩散的角度出发来考虑，采用卷吸速率（环境大气流入气团的速主要从质量扩散的角度出发来考虑，采用卷吸速率（环境大气流入气团的速度）的概念来处理气团与环境大气的紊流混合度）的概念来处理气团与环境大气的紊流混合4 4、通过对方程组的重新组合或者定义新的变量，可以得到部分的解析解，或是、通过对方程组的重新组合或者定义新的变量，可以得到部分的解析解，或是某些方程的解析解或是方程中某项的解析解。

某些方程的解析解或是方程中某项的解析解 7 7子模型 ： 返回1 1、风速函数：、风速函数：2 2、（垂直）卷吸速率：、（垂直）卷吸速率：包括了表面阻力，环境大气和气团的互相进入，地表加热造成的包括了表面阻力，环境大气和气团的互相进入，地表加热造成的热对流，气团内部稳定的密度分层造成的环境大气与气团的紊流混合的衰减，相当复杂，热对流，气团内部稳定的密度分层造成的环境大气与气团的紊流混合的衰减，相当复杂，采用经验公式：采用经验公式：3 3、流量函数：采用、流量函数：采用ZemanZeman在在19821982年提出的形式，年提出的形式， 热流量：热流量： （（ 阻力）动量流量：阻力）动量流量：4 4、上升模型（处理轻气的情况）：、上升模型（处理轻气的情况）： SLAB SLAB主要是一个重气模型，但是经过特殊处理后仍然能有效地处理轻气的泄漏扩散：主要是一个重气模型，但是经过特殊处理后仍然能有效地处理轻气的泄漏扩散： 当气团密度小于空气时，先求出气团的最大可能上升高度，然后再按重气或中当气团密度小于空气时，先求出气团的最大可能上升高度，然后再按重气或中气气体来处理其后的扩散。

气气体来处理其后的扩散5 5、重构：然而，大多数用户是要求知道某一个具体位置的浓度，而不是平均浓、重构：然而，大多数用户是要求知道某一个具体位置的浓度，而不是平均浓度所以，在度所以，在SLABSLAB里面采用近似截面分布函数来重构整个空间的浓度分布里面采用近似截面分布函数来重构整个空间的浓度分布8 8SLAB的两种模式•烟羽模式：连续稳定的泄漏•烟团模式：极短时间（瞬时）的泄漏•而处理有限时间长度的泄漏时，刚开始时处理为烟羽模型，而当泄漏源一旦停止则处理为烟团模型 9 9烟羽模型的控制体：1010烟羽模型的控制方程：1111体积浓度及其重构：•质量分数换算为体积浓度：质量分数换算为体积浓度：•体积浓度的三维分布体积浓度的三维分布 假设由以下的形式获得：假设由以下的形式获得：其中：其中：1212烟团模型的控制体：1313烟团模型的控制方程：1414烟羽模型向烟团模型的过渡 •根据气团参数的连续性来传递气团参数：根据气团参数的连续性来传递气团参数：• 返回返回 1515SLAB算例一：瞬间泄漏源1616。