气体管道泄漏模型的研究进展.doc

气体管道泄漏模型的研究进展
多年来，国内外许多专家和学者在管道输送安全性方面做了大量的研究工作，从管道的安全制定、管道的材质分析到管道泄漏检测技术等多方面进行了大量的研究[1-8]。实际上，由于各种自然或人为的不可预料的因素，管道运输泄漏事故时有发生。因此，对管道气体的意外泄漏进行泄漏影响区域分析及其扩散影响范围确实定，从而采纳适当的措施，组织救援，对事故处理以及减少事故损失均具有举足轻重的作用。管道泄漏速率确实定是分析泄漏扩散以及推测评价事故后果的基础和依据。近年来，国内外相关专家和学者关于气体运输管道泄漏模型进行了一些研究[9-11]。
1 泄漏模型
1．1 一般泄漏速率模型
　　现行较普遍的气体泄漏速率的计算，是利用气体泄漏速率与其流动状态有关的特性，通过推断泄漏时气体流动属于声速(临界流)还是亚声速流动(次临界流)来确定其泄漏速率模型[9]。
　 　　　  气体流动属于声速流动，有：

    时，气体流动属于亚声速流动，有：

式中pa——环境压力，Pa
　　p——管道内气体的压力，Pa
　　K——气体的等熵指数
　　qm——气体泄漏速率，kg/s
　　Gd——气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1．00，三角形时取0．95，长方形时取0．90[9]
　　Aor——泄漏孔的面积，m2
　　M——气体摩尔质量，kg／ktool
　　R——摩尔气体常数，取8．314 J／(mol·K)
　　T——气体温度，K
　　这种方法关于泄漏时管道内的气体压力恒定工况的计算是比较方便的，当因管道内压力降低而影响泄漏速率时，此模型就不适用了。
1．2 小孔泄漏模型和管道泄漏模型[10]。
　　小孔泄漏指孔径小于20mm的孔的泄漏或断裂，孔径为20～80mm的孔为大孔。管道横截面完全断裂的泄漏模型则为管道泄漏模型[12]。
　　这种气体泄漏模型将气体看成可压缩气体，应用流体力学的连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程描述气体的流动过程。在理想气体状态方程中引入气体压缩因子来减少与实际气体的差别，即气体的状态方程为：
　　pV=ZnRT
　　式中 V——气体的体积，m3
　　z——压缩因子
　　n——气体的物质的量，mol
　　图1是管内气体泄漏的示意图[12]，它表示距管道某一阀门L处存在一个小孔，管道在此处发生穿孔或破裂。点1为管道起始断面(即阀门所在的断面)上的一点，点2为与泄漏点在同一截面上的管内某点，点3为泄漏点。pi、Ti、ui、pi(i=1、2、3)分别指点l、2、3处的压力(单位为Pa)、温度(单位为K)、气体流速(单位为m／s)、气体密度(单位为kg／m3)。Ta、ρa分别指大气环境温度(单位为K)、大气密度(单位为kg／m3)。