基于CFD埋地燃?xì)夤艿佬孤┤S數(shù)值模擬

1 概述

為了探究城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿佬孤┑臄U(kuò)散特性和危害范圍，指導(dǎo)安全預(yù)防工作，學(xué)者們對(duì)天然氣泄漏擴(kuò)散問(wèn)題開(kāi)展了很多研究，主要集中在泄漏擴(kuò)散模型

、二維泄漏分析

、管道埋深對(duì)燃?xì)鈹U(kuò)散的影響

、土壤孔隙度對(duì)燃?xì)鈹U(kuò)散的影響

、燃?xì)庑孤┝康挠?jì)算

等方面，針對(duì)小孔泄漏條件下不同地表邊界和泄漏壓力對(duì)燃?xì)庑孤U(kuò)散危害的量化研究相對(duì)較少。

為了更好了解小孔泄漏條件下燃?xì)夤艿佬孤┑奈：Γ斜匾槍?duì)不同地表邊界和泄漏壓力對(duì)城鎮(zhèn)中壓燃?xì)夤艿佬孤U(kuò)散特性和危害進(jìn)行研究，為中壓燃?xì)夤艿佬孤U(kuò)散范圍預(yù)測(cè)和安全預(yù)防提供參考。

2 數(shù)值模型的建立

2.1 模型假設(shè)

為了簡(jiǎn)化管道泄漏模型，作出下列假設(shè)：模型中涉及的管道周圍的土壤為干土，是各向同性的多孔介質(zhì)，計(jì)算時(shí)作流體計(jì)算域處理，以孔隙度表征土壤的稀松性；泄漏為穩(wěn)定連續(xù)泄漏。

本研究中，對(duì)照組用常規(guī)護(hù)理，試驗(yàn)組用心理護(hù)理方法。結(jié)果顯示，試驗(yàn)組滿意程度、心理健康指標(biāo)漢密爾頓相關(guān)指數(shù)、維持性血液透析配合程度、心理自我調(diào)節(jié)能力、維持性血液透析過(guò)程不良事件方面相比對(duì)照組更有優(yōu)勢(shì)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

2.2 物理模型

整個(gè)土壤和管道計(jì)算域的長(zhǎng)×寬×高為4.0 m×4.0 m×2.5 m，地表為水平面。管道水平敷設(shè)，直徑為100 mm，不計(jì)管道壁厚；管道橫截面中心距地表面1.5 m，距豎向土壤邊界均為2 m；管道泄漏口位于管道沿線中心位置，在水平面上的圓形投影直徑為6.4 mm，泄漏口幾何中心在管頂處。具體管道泄漏物理模型(軟件截圖)見(jiàn)圖1。

管道及周圍土壤(部分邊界)的網(wǎng)格劃分情況見(jiàn)圖2，流體進(jìn)出口和泄漏口網(wǎng)格劃分情況見(jiàn)圖3。其中，本文所涉及的計(jì)算網(wǎng)格為六面體網(wǎng)格，并對(duì)管道泄漏口附近的區(qū)域進(jìn)行了局部加密處理。

2.3 數(shù)學(xué)模型以及方程求解

本文采用有限體積法求解可壓流場(chǎng)的N-S方程。湍流方程采用了標(biāo)準(zhǔn)

-

模型，求解計(jì)算方法采用SIMPLE算法。參照文獻(xiàn)[9]建立流體運(yùn)動(dòng)三大方程。物質(zhì)傳輸擴(kuò)散守恒方程中的組分運(yùn)移方程參照文獻(xiàn)[10]。

2.4 數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置

流體進(jìn)口為壓力進(jìn)口，出口為壓力出口。管道泄漏口為interior邊界，管道壁面設(shè)置為wall邊界，除地表邊界外的其他土壤邊界全部設(shè)置為壓力出口；水泥地表邊界為wall邊界；土壤地表邊界為壓力出口；流體溫度取300 K，重力加速度取9.8 m/s

；平均土顆粒直徑為0.2 mm，土壤孔隙度取0.35，根據(jù)Ergun公式

計(jì)算土壤黏性阻力系數(shù)為3.695×10

m

。燃?xì)鉃榧兗淄椤－h(huán)境溫度為300 K，環(huán)境壓力為101.325 kPa。

2.5 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

著重在推進(jìn)綠色發(fā)展、提高資源利用率上下功夫。依托開(kāi)磷具有的資源開(kāi)采與深加工一體化優(yōu)勢(shì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，形成以資源綜合利用為主體的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，抓好礦產(chǎn)資源高效集約利用和“三廢”的資源化、再利用，特別是在磷石膏的綜合利用上，在擴(kuò)大充填應(yīng)用范圍的基礎(chǔ)上，積極培育市場(chǎng)需求，加大磷石膏粉、磚、砌塊、復(fù)合板等新型綠色建材生產(chǎn)，加大與外部科研院所合作力度，不斷擴(kuò)大磷石膏綜合利用途徑和水平，推動(dòng)企業(yè)綠色發(fā)展。

3 泄漏模擬結(jié)果與分析

監(jiān)測(cè)點(diǎn)P1和P2是完全關(guān)于

=2.0 m對(duì)稱的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，但圖5中P1、P2監(jiān)測(cè)曲線并不重合。主要原因是本文考慮了管道內(nèi)的流體流動(dòng)，流體從管道泄漏口流出時(shí)具有管道流體流動(dòng)方向的矢量速度分量，會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)點(diǎn)P2的甲烷體積分?jǐn)?shù)稍大于P1。由于水泥地表?xiàng)l件下甲烷會(huì)聚集，體積分?jǐn)?shù)較大，圖6中監(jiān)測(cè)點(diǎn)P1、P2體積分?jǐn)?shù)差異不明顯。

由圖7、8對(duì)比可知，兩個(gè)交線的數(shù)據(jù)分布情況基本相同。本文涉及壓力范圍內(nèi)兩條監(jiān)測(cè)線的體積分?jǐn)?shù)隨壓力增大而增大，但變化較小。水泥地表?xiàng)l件下甲烷體積分?jǐn)?shù)整體高于土壤地表。由于監(jiān)測(cè)線中點(diǎn)位于泄漏口正上方，氣體動(dòng)能和擴(kuò)散方向集中，監(jiān)測(cè)線中點(diǎn)位置的甲烷體積分?jǐn)?shù)最高且土壤地表與水泥地表差異較小。水泥地表的甲烷無(wú)法直接從地表逃逸，監(jiān)測(cè)線體積分?jǐn)?shù)高于土壤地表?xiàng)l件下，由中點(diǎn)向兩端的體積分?jǐn)?shù)減小速率明顯小于土壤地表。

管道泄漏場(chǎng)景的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在地表下表面，即監(jiān)測(cè)點(diǎn)

坐標(biāo)為2.5 m，水平面監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布情況(軟件截圖)見(jiàn)圖4。監(jiān)測(cè)線為

=2.0 m平面與

=2.0 m平面交線及

=2.0 m平面與

=2.0 m平面交線。

基于上文模型和數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置情況，對(duì)48×10

、101×10

、203×10

數(shù)量網(wǎng)格下甲烷擴(kuò)散2.0 h、土壤地表邊界下

=2.0 m平面的甲烷體積分?jǐn)?shù)為5.0%時(shí)最大擴(kuò)散半徑進(jìn)行計(jì)算。101×10

與48×10

、203×10

網(wǎng)格之間的最大擴(kuò)散半徑偏差分別為4.8%、1.7%，視為滿足計(jì)算精度要求。因此，本文網(wǎng)格數(shù)量均采用101×10

網(wǎng)格數(shù)量進(jìn)行求解計(jì)算。

① 不同地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)甲烷體積分?jǐn)?shù)變化

基于上述設(shè)置條件，計(jì)算了不同管道運(yùn)行壓力等級(jí)、不同地表邊界條件下監(jiān)測(cè)點(diǎn)體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化情況。土壤地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)甲烷體積分?jǐn)?shù)變化見(jiàn)圖5，水泥地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)甲烷體積分?jǐn)?shù)變化見(jiàn)圖6，監(jiān)測(cè)點(diǎn)P1、P3分別與監(jiān)測(cè)點(diǎn)P2、P4計(jì)算結(jié)果關(guān)于

=2.0 m平面對(duì)稱。本文取監(jiān)測(cè)點(diǎn)P1和P2進(jìn)行分析。

基于上文參數(shù)設(shè)置，計(jì)算不同地表下擴(kuò)散2.0 h的爆炸下限(體積分?jǐn)?shù)5%)最大爆炸半徑見(jiàn)圖9。隨著管道上方

軸坐標(biāo)增加，土壤地表的最大爆炸半徑逐漸減小，水泥地表的最大爆炸半徑逐漸增大，線性相關(guān)度強(qiáng)，隨泄漏壓力的變化幅度較土壤地表小。水泥地表下在

=2.0 m平面處最大爆炸半徑就達(dá)到物理模型邊界。

由圖5、6可以看出，由于甲烷還未充分?jǐn)U散到地表，土壤地表?xiàng)l件擴(kuò)散15 min和水泥地表擴(kuò)散22 min期間監(jiān)測(cè)點(diǎn)甲烷體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較小。圖5中，15 min之后，甲烷從地表逃逸，土壤地表擴(kuò)散2.0 h的甲烷體積分?jǐn)?shù)整體較小，不超過(guò)0.9%。圖6中，甲烷在水泥地表下表面聚集，2.0 h的體積分?jǐn)?shù)可達(dá)72%。

圖5、6中，由于甲烷逐漸擴(kuò)散到地表，監(jiān)測(cè)點(diǎn)體積分?jǐn)?shù)開(kāi)始明顯增大，隨著體積分?jǐn)?shù)不斷增大，增長(zhǎng)速率逐漸減小，體積分?jǐn)?shù)逐漸趨于平衡。主要原因是地表體積分?jǐn)?shù)變化與氣體動(dòng)能、土壤內(nèi)的甲烷體積分?jǐn)?shù)差及邊界處甲烷逃逸能力相關(guān)。其中，水泥地表?xiàng)l件下，動(dòng)能受泄漏口壓力、重力、浮力以及土壤阻力影響，分布相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)邊界甲烷體積分?jǐn)?shù)變化速率影響小；隨著地表邊界附近的甲烷體積分?jǐn)?shù)不斷增加，甲烷體積分?jǐn)?shù)差逐漸減小，氣體擴(kuò)散動(dòng)力和體積分?jǐn)?shù)增長(zhǎng)速率會(huì)減小。土壤地表?xiàng)l件下，隨著邊界體積分?jǐn)?shù)增加，甲烷在邊界的逃逸速度也會(huì)增加，會(huì)減小邊界甲烷體積分?jǐn)?shù)的增長(zhǎng)速度。

本文管道泄漏場(chǎng)景設(shè)置了土壤地表、水泥地表兩種地表?xiàng)l件。管道壓力取0.4 MPa、0.3 MPa以及0.2 MPa。土壤和水泥地表?xiàng)l件下的最大泄漏時(shí)間均為2.0 h，模擬時(shí)間步長(zhǎng)為0.1 s。

② 平面交線甲烷體積分?jǐn)?shù)分布

③ 不同地表最大爆炸半徑

（3）嚴(yán)格目標(biāo)公開(kāi)。通過(guò)加大預(yù)算績(jī)效目標(biāo)公開(kāi)力度，強(qiáng)化各部門“花錢問(wèn)效”的責(zé)任意識(shí)，督促各部門提高預(yù)算績(jī)效目標(biāo)編制的科學(xué)性、規(guī)范性。

基于上述模型設(shè)置參數(shù)，計(jì)算

=2.0 m平面與

=2.0 m平面交線在2.0 h的甲烷體積分?jǐn)?shù)分布見(jiàn)圖7，

=2.0 m平面與

=2.0 m平面交線在2.0 h的甲烷體積分?jǐn)?shù)分布見(jiàn)圖8。

上述研究主要針對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化緩慢的社交網(wǎng)絡(luò),而且是單節(jié)點(diǎn)對(duì)間的鏈路預(yù)測(cè).本文針對(duì)拓?fù)渥兓l繁的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò),采用模式分類方法,基于動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的切片處理,以切片后的快照描繪網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息,借助CNN在特征提取上的優(yōu)勢(shì),來(lái)捕獲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效特征,并據(jù)此推斷鏈路的演化模式,進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)間的鏈路預(yù)測(cè).

④ 不同地表不同時(shí)間甲烷體積分?jǐn)?shù)分布

基于上文參數(shù)設(shè)置，計(jì)算不同泄漏壓力、不同地表?xiàng)l件在泄漏初期(5 min)、泄漏發(fā)展期(0.5 h)、泄漏中期(1.0 h)以及泄漏末期(2.0 h)的甲烷體積分?jǐn)?shù)，云圖見(jiàn)圖10～13。

由圖10～13可以看出，壓力對(duì)同一地表?xiàng)l件的擴(kuò)散形態(tài)影響較小，泄漏初期的甲烷體積分?jǐn)?shù)分布形態(tài)沒(méi)有明顯差異，受地表邊界條件影響小；泄漏發(fā)展期，水泥地表?xiàng)l件下的甲烷擴(kuò)散速度更快；相同條件下，泄漏中期和泄漏末期形態(tài)較類似，在中期，擴(kuò)散形態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定。中期和末期部分水泥地表的最大爆炸半徑已經(jīng)超出物理模型的邊界，甲烷擴(kuò)散明顯快于土壤地表。

這個(gè)問(wèn)題正中我下懷。“暖耳”又稱“耳衣”“耳包”“護(hù)耳”等，類似于今天戴在耳朵上保暖的耳套。暖耳多由保暖的動(dòng)物皮毛制作，但到了清朝時(shí)期，女子們更偏愛(ài)刺繡制作的輕便小巧的暖耳。刺繡暖耳以桃心形為主，外層通常繡有花卉、蟲(chóng)鳥(niǎo)等吉祥圖案。

4 結(jié)論

① 小孔泄漏擴(kuò)散一段時(shí)間后，土壤地表和水泥地表?xiàng)l件下，地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)體積分?jǐn)?shù)增長(zhǎng)速度呈逐漸減小趨勢(shì)且趨于平衡，土壤地表擴(kuò)散2.0 h的甲烷體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)小于水泥地表?xiàng)l件。

②

=2.0 m平面與

=2.0 m平面交線及

=2.0 m平面與

=2.0 m平面交線在2.0 h的甲烷體積分?jǐn)?shù)分布基本相同，均隨壓力增大而增大。水泥地表?xiàng)l件下甲烷體積分?jǐn)?shù)整體高于土壤地表。交線中點(diǎn)位置的甲烷體積分?jǐn)?shù)最高且土壤地表與水泥地表差異較小。

設(shè)計(jì)意圖 引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)特殊事例歸納一般規(guī)律，經(jīng)歷從一般到特殊的認(rèn)識(shí)過(guò)程.同時(shí)讓學(xué)生體驗(yàn)合理的猜想是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中研究問(wèn)題的方法之一.

③ 隨著管道上方

軸坐標(biāo)增加，土壤地表的最大爆炸半徑逐漸減小，水泥地表的最大爆炸半徑逐漸增大，水泥地表隨泄漏壓力的變化幅度較土壤地表小。

高校投入、產(chǎn)出指標(biāo)的權(quán)重確定是整個(gè)評(píng)價(jià)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其賦值的大小，直接決定了評(píng)估結(jié)果，目前確定權(quán)重的方法有客觀賦權(quán)法和主觀賦權(quán)法，兩種方法各有利弊。前者依據(jù)指標(biāo)間的相互關(guān)系或各指標(biāo)的變異系數(shù)來(lái)確定，科學(xué)性較強(qiáng)。該方法的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)難以獲取，容易造成評(píng)價(jià)結(jié)果失真。而后者主要采取主觀定性方法，聘請(qǐng)價(jià)值管理方面的專家和高校內(nèi)部的學(xué)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀判斷賦權(quán)。該方法雖然簡(jiǎn)單實(shí)用，但也因評(píng)價(jià)者的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)所限和價(jià)值取向上的差異性，使評(píng)價(jià)結(jié)果有主觀色彩。因此，在實(shí)際操作中，需要兼顧兩種方法，盡量采取相應(yīng)的措施提高賦權(quán)方法的科學(xué)性。

④ 壓力對(duì)燃?xì)夤艿佬孤U(kuò)散形態(tài)影響較小；甲烷泄漏初期受地表?xiàng)l件影響小，在泄漏發(fā)展期和中期，水泥地表?xiàng)l件下土壤內(nèi)甲烷擴(kuò)散速度和范圍更大。

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