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架空输气管道泄露扩散规律的研究与应用毕业论文式中：g一重力加速度，m/s"； 0一管道与水平间的倾角，rad； P一管道中气体压力，Pa; 入一水力摩擦系数； D一管道内径，m。
康家滩桥实施施工组织设计3.2.3动量微分方程
3.2.4等熵过程方程
3.2.4等熵过程方程
根据能量守恒方程，由流体力学建立的能量方程为：
OH a u² a u² pu e+ +gz h+ +gz Ox Ot 2 人 0x ！ 2
式中：H一单位质量气体向外界放出的热量，J/kg； e一气体内能，J/kg； z一管道位置高度，m; h一气体的，J/kg。
3.2.6气体状态方程
T一气体温度，K； R一气体常数，通常取8.314kJ/（kmo1.K）。 Z一气体的压缩因子，它表示实际气体与理想气体的偏离程度，它随 着气体的压力和温度而变化：
3.3影响泄漏气体扩散的主要因素
气体泄漏事故一旦发生，如果不能尽快采取相应的应急措施，一定会造成严 重的后果。但如果能够了解各种因素对气体扩散的影响，就有利于建立气体泄漏 扩散模型，并进一步预测泄漏气体扩散的危险区范围，尽快制定出相应的应急措
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施，就可以把损失降到最小。下面我们就介绍一下影响气体泄漏扩散的几个主要 因素
风向决定泄漏气体扩散的主要方向。风速影响泄漏气体的扩散速度和被空气 稀释的速度，风速越大，大气湍流越强，空气的稀释作用就越强，风的输送作用 也越强。一般情况下当风速为每秒1米～5米时，有利于泄漏气体的扩散，危险 区域较大：若风速再大，则泄漏气体在地面的浓度降低，
大气稳定度是评价空气层垂直对流程度的指标。大气越稳定，泄漏气体越不 易向高空消散，而贴近地表扩散；大气越不稳定，空气垂直对流运动越强，泄漏 气云消散得越快
3.3.3气温或太阳辐射强弱
气温或太阳辐射强弱主要是通过影响大气垂直对流运动而对泄漏气体的扩散 发生影响。大气湿度大不利于泄漏气云的扩散。
3.3.4地面的地形、地物
地面的地形、地物会改变泄漏气体扩散速度，又会改变扩散方向。地面低洼 处泄漏气体团易于滞留。建筑物、树木等会加强地表大气的湍流程度，从而增加 空气的稀释作用，而开阔平坦的地形、湖泊等则正相反。在低矮的建筑物群、居 民密集处或绿化地带泄漏气云不易扩散；高层建筑物则有阻挡作用，气云会从风 速较大的两侧迅速通过，
当泄漏源位置较高时，泄漏气体扩散至地面的垂直距离较大，在相同的泄漏 源强度和气象条件下，扩散至地面同等距离处的气体浓度会降低。若气体向上喷 射泄漏，泄漏气体具有向上的初始动量，其效果如同增高泄漏源的位置。
3.3.6泄露气体的相对密度
泄漏气体密度相对于空气密度的大或小，分别表现出在扩散中以重力作用或 以浮力作用为主。重力作用导致其下降，地面浓度增加，下降趋势会因空气的不 断稀释作用而减弱。浮力作用在泄漏气体扩散初期导致其上升，地面浓度降低， 被空气不断稀释后其上升的趋势减弱。对于泄漏的高温气体，其浮力作用大小受 温度的影响，当其被冷却至大气温度后，浮力作用便会丧失
3.4架空输气管道泄露的原因
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管材固存在质量问题，在使用过程中容易产生裂纹、穿孔等现象，造成漏气。
由于早期工程施工不规范，操作人员不严格遵守操作规程或操作不熟练，焊 接技术较低，造成焊接质量差。管道泄漏接门处未除锈，不按规定打坡口，造成 焊缝内有气孔、夹渣、裂纹、未焊透、咬边等缺陷。焊口防腐不合格，没有严格 进行管道泄漏气密性试验。虽然在刚通气时不会发生管道泄漏，但随着时间的推 移，管网抵抗外界干扰和耐久性越来越差，运行一段时间后很容易发生管道泄漏。
3.4.3管道泄漏腐蚀穿孔
架空输气管道钢管外防腐措施不当或防腐层被破坏，与在空气中与空气中的 水接触形成化学和电化学腐蚀，造成管道泄漏腐蚀穿孔，发生管道泄漏。
3.4.4压力、温度的影响
由于燃气输送压力不稳定以及热胀冷缩的影响，管道泄漏受一定交变应力作 用，容易在管道泄漏母材或焊缝缺陷处产生裂纹，造成漏气，
设施老化或维护不及时造成泄漏事故，如调压器失灵，导致上级管网和下级 管网直通，损坏管网和用气设施，燃气大量泄漏，燃气表炸裂，胶管脱落，接头 漏气等。
自然灾害及其他原因造成管道悬空、变形、断裂、设施损坏以及由于气候的 变化造成设施应力突变，从而产生泄漏。
4架空输气管道泄露扩散的计算模型
对架空输气输气管道发生泄漏扩散是管道事故危害的根本原因。对气体扩散 模型进行研究，预测沿地面扩散气体所形成的危险范围，可为准确制定输气管道 的安全运行和抢修活动提供依据，同时对输气管道的风险后果定量分析具有重要 的意义。本章在介绍国内外的气体扩散的多种模型的基础上，选择高斯模型模拟 计算天然气扩散
国外在这方面的研究始于1980年，直到现在该领域的研究还比较活跃。在 此期间，提出了不少扩散的计算模型，同时也进行了许多大规模的试验。以下是 列出了几种主要的扩散模型，包括高斯烟羽模型，高斯烟团模型，BM模型，Sutton 模型及FEM3模型等1。 ①Sutton模型采用湍流统计理论来处理湍流扩散问题，但该模型在模拟可 燃气体泄放扩散时，会产生较大误差。适合于相同压力两种气体且两种气体间相 对速度较低的条件下的扩散过程，但没有考虑气体所特有的初始喷射和重力作用 对扩散的影响，并且扩散参数均以多次大规模扩散试验统计而得到的。 ②BM模型是Hanna将由一系列重气体连续泄放和瞬时泄放的试验数据进行 无因次处理并拟合成解析公式得到的，属于经验模型，该模型能计算大规模时间 的情况，具有简单易用的特点，但精度一般，外延性较差。 ③FEM3模型是三维有限元计算模型，其最初是为了模拟LNG的突发性泄放 取得了较好的结果。近几年该模型发展较快，可处理复杂地形条件下的扩散。该 模型适用于处理连续源泄放及有限时间的泄放，但其计算量很大，用计算机模拟 较为困难，且只适用于重气体的扩散。 ④板块模型，Zemman于1982年提出，将三维问题转化为一维问题，可以 处理定常态泄放扩散和瞬时泄放扩散（非定常态）。研究人员提出应用板块模型 对气体扩散进行模拟，考虑了重力、浮力和初始速度对扩散的影响，但没有考虑 高压气体喷射后的膨胀过程。板块模型是将泄漏扩散的气体沿下风向分成若干板 块，并假定同一板块内气体的性质（运动速度、密度、温度等）是均一的，通过 对整个板块进行动量、质量及能量平衡的分析，列出其控制方程并进行求解，得 到这些板块内均一的变量（如平均速度、平均温度、平均浓度），然后假设气体
板块的浓度分布服从高斯分布（应用湍流扩散的统计理论），从而得到整个浓度 场的分布。板块模型考虑了重力、浮力、初始速度对扩散的影响，相对于Sutton 模型更为合理、全面。后来，王淑兰等人也对板块模型进行了改进。 5高斯模型包括高斯烟羽模型和高斯烟团模型，该模型假设在扩散过程 中气云的形状呈高斯分布，适合于中性或正浮性气云被动扩散。其中高斯烟羽模 型适用于连续泄漏扩散，而烟团模型则适用于瞬时泄漏扩散。高斯扩散模型假设 较多并仅适用于较轻或中等重度的气体，但该模型提出较早，试验数据多，较为 成熟且计算方便，虽然精度较差，目前应用仍较为广泛。如美国环境保护协会所 采用的许多标准都是以高斯模型为基础而制定的。 基于天然气轻于空气，选用高斯烟羽模型和高斯烟团模型分别模拟连续扩散 和瞬时扩散。
高斯模型（Gaussianplume/puffmg
当泄漏气体或空气混和后的密度接近空气密度时，重力下沉与浮力上升作用 可以忽略，扩散主要是由空气的湍流决定。此类气体释放后会完全随周围空气进 行运动，这种扩散称为被动扩散。在假设均匀湍流场的条件下，有害物质在扩散 截面的浓度分布呈高斯分布，所以也称为高斯扩散。高斯扩散模式是在污染物浓 度符合正态分布的前提下导出的。从统计理论出发，在平稳和均匀湍流条件下也 可证明扩散粒子位移的概率分布是正态分布。实际大气不满足这前提条件，但是 大量小尺度污染物扩散试验表明，正态分布假设至少可以作为一种较为接近真实 情况的假设。该模型适用于点源的扩散，早在五、六十年代就已被应用。它是从 统计方法入手，考虑扩散质的浓度分布。Plumemodel（烟羽模型)适用于连续源的 扩散，Puffmodel（烟团模型)适用于短时间泄漏的扩散，即泄放时间相对于扩散 时间比较短的情形，如突发性泄放等。 烟羽模型的假设如下：定常态，即所有的变量不随时间变化；适用于密度与 空气相差不多的气体的扩散(不考虑重力或浮力的作用)，且在扩散过程中不发生 化学反应；扩散气体的性质与空气相同；扩散质达到地面时完全反射，没有任何 吸收；在下风向上的湍流扩散相对于移流相可忽略不计，这意味着该模型只适用 于平均风速不小于lm/s的情形；坐标系的x轴与流动方向重合，横向速度分量V、 垂直速度分量W均为0；假定地面水平。尽管诸多假设使烟羽模型的使用受到了 限制，但该模型仍被广泛应用，主要用于烟卤排烟的计算上。究其原因有以下几 点：该模型提出较早，试验数据多，较为成熟；模型简单，易于理解，计算方便： 计算结果与试验值能较好吻合。
图4.1高斯模型扩散模式示意图
假设点源在没有任何障碍物的自由空间扩散，不考虑下垫面的存在。大气中 的扩散是具有y与z两个坐标方向的二维正态分布，当两坐标方向的随机变量独 立时dbj／t13-406-2021标准下载，分布密度为每个坐标方向的一维正态分布密度函数的乘积。参照正态分布 函数的基本形式，取uo则在点源下风向任一点的浓度分布函数为35]：
C(x,y,2)= A(x)exp)
式中c为空间点(x，y，z)的泄漏物的浓度，mg/m；A(x)是代定函数；y、0z 分别为水平和垂直方向上的标准差，m。由守恒和连续假设条件，在任一垂直于 区轴的烟流截面上有：
g=J∫uCaydaz
式中:q为源强，即单位时间内排放的泄漏物，ug/s；u是平均风速，m/s。将式 2 dt=√2π
积分可得待定函数：A(x)= g 2πu00
积分可得待定函数：A(x)= g 2πuo0
公路工程隧道爆破专项施工方案光 C(x,y,z)= 0 2πu0 exp