扩散模型

2 扩散模型

2.1 高斯模型

燃气泄漏后会在泄漏源附近形成气团，气团在大气中的扩散计算通常采用高斯模型。高斯模型的基本形式是在如下的假设条件下推导出来的[1、9]：假定燃气在扩散的过程中没有沉降、化合、分解及地面吸收的发生；燃气连续均匀地排放；扩散空间的风速、大气稳定度都均匀、稳定；在水平和垂直方向上都服从正态分布。

泄漏燃气相对密度小于或接近1的连续泄漏采用高斯烟羽模型。以泄漏点为原点，风向方向为x轴的空间坐标系中的某一点(x，y，z)处的质量浓度计算公式如下[9]：

平均风速＞1m/s时：

平均风速=0.5～1m/s时：

平均风速＜0.5m/s时，假设气团围绕泄漏点浓度均匀分布，则距离泄漏点r处的燃气质量浓度为：

式中ρd(x，y，z)——扩散燃气在点(x，y，z)处的质量浓度，kg/m3

x、y、z——x、y、z方向上距泄漏点的距离，m

ua——平均风速，m/s

δx、δy、δz——x、y、z方向的扩散系数，m

h——泄漏点高度，m

ρd(r)——距离泄漏点r处的燃气质量浓度，kg/m3

r——空间内任意一点到泄漏点的距离，m

a、b——扩散系数，m

t——静风持续时间，s，取3600的整数倍

扩散系数可查HJ/T 2.2—93《环境影响评价技术导则大气环境》得到。

2.2 重气扩散模型

液化石油气密度比空气密度大，属于重气。该类气体泄漏时在重力的作用下会下沉，

这时使用高斯模型计算的结果会使泄漏燃气扩散速度偏大，泄漏源附近的浓度偏小。为了解决这个问题，可以引入最早由Van Ulden提出，并由Manju Mohan等发展的箱式模型[1]。箱式模型分为两个阶段：泄漏后的重气扩散阶段和重气效应消失后的被动气体扩散阶段。

重气泄漏后首先是重气扩散阶段。在这个阶段，重气云团由于重力作用逐渐下沉并不断卷吸周围的空气，在卷吸空气的同时，气云受热，最终当重气云团与空气的密度差＜0.001kg/m3时，可认为气云转变成中性状态。

随着重气的继续扩散，气云所受的重力不再是影响扩散的主要因素，而大气湍流扩散逐渐占主要地位，这时便是被动气体扩散阶段，可以应用高斯模型计算泄漏燃气的扩散。

3 结论

使用泄漏模型可以计算出燃气泄漏的理论量，此量为扩散计算提供基础数据，可以依据此量分析泄漏后的扩散范围以及预测评价事故后果。使用扩散模型可以对燃气泄漏后的危险区域进行预测。泄漏模型和扩散模型都有各自的适用条件和范围，应该根据泄漏扩散的具体情况分析选择相应模型。