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[硕士论文] 张馨尹
动力工程 东南大学 2014(学位年度)
摘要:碳捕集与封存即CCS技术,近年来被认为是减少大气中碳排放量最有效的方式。CCS技术包括CO2的捕集、输运和封存三个环节,其中输运环节以管道输运方式最为经济。C02管道输运中泄漏扩散的风险评估对CCS技术的发展至关重要。
  本文根据CCS中CO2管道输运泄漏实例,深入分析了C02管道输运泄漏扩散物理过程,建立了CO2泄漏源计算模型。借助FLUENT软件建立了与实验平台相对应的C02管道泄漏二维仿真计算模型,采用连续泄漏源,模拟计算了C02气液两相流从管道泄漏后的喷射扩散行为和空气中水蒸气相变的“白雾”现象。主要结论:(1) C02在管道泄漏初期,发生明显的重力沉降效应,随着时间的增长,C02气云与空气混合换热温度回升,在远离泄漏口处湍流扩散效应增强,气云进入被动扩散状态;(2) C02液滴从泄漏口喷射后,与空气换热迅速蒸发,仅存在于泄漏口附近很小的区域内;(3)水蒸气冷凝现象在计算流域内的分布范围很广,主要集中在C02气云扩散区,管道泄漏口处由于水蒸气无法卷入,液态水集中在距离泄漏口一小段距离的区域内;(4)考虑水蒸气相变计算后,C02气云扩散的重力沉降效应相对减弱,但水蒸气相变对CO2管道泄漏扩散过程总体的影响有限。
  为证实数值模型的有效性,搭建了C02管道泄漏小尺度实验平台,用红外热像仪记录了泄漏口附近温度场的变化,与模拟结果对比具有较好的吻合。最后,以C02管道输运工程应用为基础,模拟计算了不同环境条件下,C02管道泄漏后在大空间内的非稳态扩散行为,并结合高斯扩散模型进行了对比,为工程实践应用中的风险评估和预测减灾提供相应的科学指导。
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