基于查表插值算法的高压CO2管道泄漏瞬态特性数值模拟

作者：鲁寨军; 王甲强; 张梓轩; 孙永龙; 王根达; 刘东润^*

来源：安全与环境学报, 2023, 23(02): 442-450.

DOI：10.13637/j.issn.1009-6094.2021.1814

• 安全工程
• 环境工程
• 二氧化碳
• 非平衡相变
• 计算流体力学
• 管道泄漏
• 气液两相流
• 数值模拟

为准确高效地模拟高压CO2管道泄漏的瞬态特性，基于Fluent仿真平台，利用用户自定义真实气体模型(User Defined Real Gas Model, UDRGM)和用户自定义函数(User Defined Function, UDF),结合查表法和双线性插值法建立CO2的真实气体模型，并将压力驱动的Lee模型通过用户自定义函数嵌入Fluent求解器来模拟CO2的非平衡相变过程，建立了高压CO2管道泄漏的非平衡相变数值模型。通过与Botros等的试验数据进行对比分析，验证了该模型的准确性。在此基础上，对比了上述模拟方法与编译S-W(Span-Wagner)状态方程模拟方法的精度和效率，最后使用本模型研究了不同初始压力对高压CO2管道泄漏瞬态特性的影响。结果表明：两种模拟方法精度接近，最大相差为7.37%,但提出的模拟方法效率明显优于编译S-W状态方程的模拟方法，计算时间相较缩短约86.9%;初始压力为11.27 MPa的最大总出口质量流量比4.36 MPa的大7.24 kg/s,而对应的气相CO2出口质量流量却低0.14 kg/s;初始压力为11.27 MPa和4.36 MPa对应的近场最大射流流速分别为155.12 m/s和175.50 m/s;管内初始压力越低，泄漏后到达亚稳态时过热度越大，管内及泄漏口附近相变程度越剧烈，气相出口质量流量越大，近场射流峰值速度越大。这项研究可为工业规模管道泄漏的模拟和管道泄漏的三维模拟提供更高效的方式。

• 单位
  中南大学