泄露性事故閃蒸噴霧流動規律與霧化機理研究

《泄露性事故閃蒸噴霧流動規律與霧化機理研究》是依託西安交通大學，由周致富擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：泄露性事故閃蒸噴霧流動規律與霧化機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周致富
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

石油化工過程工業中，易燃易爆高壓液體或者液化氣體由於容器或者管道破損發生泄漏形成閃蒸噴霧事故，對工業生產、人們生命與自然環境產生嚴重危害。閃蒸噴霧是由非平衡熱力學破碎占主導因素引起的過熱液體劇烈破碎霧化，同時噴嘴內流體複雜流動特性對閃蒸噴霧具有重要影響。針對這一背景，本項目針對不同種類工質套用不同形式噴嘴形成閃蒸噴霧，通過機理實驗和理論分析相結合，研究微尺度噴嘴內（內徑為毫米級）氣液兩相流形成、發展與轉變規律，噴嘴外過熱液體沸騰破碎機理、液滴動力學與熱特徵規律，揭示噴嘴內流動規律對閃蒸噴霧特性作用機制與影響規律，建立耦合噴霧初始與噴嘴條件、噴嘴內流動與閃蒸噴霧特性的多過程多參數理論模型。為相關行業實現對泄露性閃蒸噴霧事故有效評估以及降低災害損失提供理論支撐，具有重要的學術意義與實用價值。

結題摘要

石油化工過程工業中，易燃易爆高壓液體或者液化氣體由於容器或者管道破損發生泄漏形成閃蒸噴霧事故，對工業生產、人們生命與自然環境產生嚴重危害。閃蒸噴霧是由非平衡熱力學破碎占主導因素引起的過熱液體劇烈破碎霧化，噴嘴內流體複雜流動特性對閃蒸噴霧具有重要影響。此外，閃蒸噴霧撞壁會在其他容器、設備壁面產生強烈的冷卻效應，掌握壁面動態傳熱特性是對撞壁形成安全風險評估的判斷依據。本項目針對不同種類工質通過不同形式噴嘴形成閃蒸噴霧，通過機理實驗和理論分析相結合，研究得到微尺度噴嘴內氣液兩相流形成、發展與轉變規律，近場霧化破碎、液滴動力學與熱特徵，揭示了噴嘴內多種兩相流型對閃蒸噴霧特性影響規律。對多工況條件下閃蒸噴霧撞壁的動態傳熱規律開展了實驗研究，提出了適用於複雜結構的瞬態熱流密度計算方法，獲得了噴射壓力、溫度、距離對不同溫度壁面撞擊所產生的瞬態表面溫度、熱流、液膜等參數動態變化特性，提出了傳熱理論關聯式。針對噴霧群中單個液滴蒸發，建立了一種基於Hill渦的新液滴蒸發液相模型，模型具有計算高效，並能準確預測瞬態蒸發階段液滴內部溫度空間分布的優點。套用OpenFOAM開展了低沸點、高揮發性介質閃蒸噴霧數值模擬研究，重點考慮了非平衡沸騰相變對閃蒸噴霧破碎的影響作用，數值計算與實驗結果吻合良好，並對實驗無法準確測量的近噴嘴濃密霧場的液滴與蒸氣分布特點，以及不同噴霧條件下的閃蒸噴霧行為開展了系統研究。研究結果不僅從實驗與理論方面推進了對複雜閃蒸噴霧物理機理的認識程度，所獲得研究方法與結果可為諸多工業套用提供幫助。