内浮顶罐组油气泄漏扩散叠加效应的数值模拟与(3)
图7 单罐XY截面的X轴速度云图Fig.7 Wind speed cloud diagram of internal floating-roof tank onXYplane alongXaxis
图8 双罐XY面X轴速度云图Fig.8 Wind speed cloud diagram of double internal floatingroof tanks onXYplane alongXaxis
图9 罐C1与罐C4的XY面X轴速度云图Fig.9 Wind speed cloud diagram of tank C1 and tank C4 onXYplane alongXaxis
在迎风侧的底部区域,有一部分风速为负值的蓝色区域,说明这部分区域有回流,油气在这段区域,会有叠加的危险。在储罐的背风侧,罐底与罐顶区域均出现了大面积的速度为负的蓝色区域,说明储罐的背风区有较强烈的回流,且风速等值线不像迎风侧那样靠近罐壁,整体的风速等值线沿右下方倾斜,在罐顶区域,有一段4.5~6 m/s 的超过环境风速的大风速区,这是由于上方气流不能贴合储罐而是通过储罐的圆弧顶,气流的流通面积变小,流速加快。紧贴罐顶部分是一段风速约为5 m/s 的等值区。图8 为双罐的X轴速度云图,图9 与图10 为罐C1、C4 和罐C2、C3的XY截面X轴速度云图,可以看到,迎风侧的风速分布规律与单罐基本相似,罐背部区域的规律,虽然风速值大小不同,但是整体也是风速等值线沿右下倾斜,背部形成了蓝色回流区空间随着罐数量增加而变大,且变复杂,这是由于罐之间的相互阻挡效应,加重了湍流现象。
图10 罐C2与罐C3的XY面X轴速度云图Fig.10 Wind speed cloud diagram of tank C2 and tank C3 onXYplane alongXaxis
图11 单罐内XZ平面流线图Fig.11 Flow diagrams of vapor movement in internal floatingroof tank onXZplane
4.2 罐内外流线分布
图11为单罐的储罐内的气体运动流线图,气流沿浮盘中心轴,呈现出镜像分布,气流的旋涡旋转方为上半部分顺时针,下半部分逆时针旋转,结合图12 的YX面罐内气体运动流线图,旋涡中心接近浮盘中间。
图12 单罐XY平面罐内气体流线图Fig.12 Flow diagrams of vapor movement in internal floatingroof tank onXYplane
图13 双罐罐内气体运动流线Fig.13 Flow diagrams of vapor movement in double internal floating-roof tanks
图13为双罐的罐内气体流线图,双罐的罐内气体运行更加复杂,除了跟单罐一样有2 个类似于镜像的气体旋涡外,在罐后方的气窗位置,由于后罐的阻挡出现的回流,此时罐内出现了一个逆时针旋转的旋涡,而后罐由于罐后方是空旷区域,所以没有气窗出口位置没有形成回流,而是跟单罐一样,有2个类似镜像的旋涡。
图14 四罐罐内气体运动流线图Fig.14 Flow diagrams of vapor movement in four internal floating-roof tanks
图15 四罐气窗高度的XZ面压力云图Fig.15 Pressure distribution cloud diagram of four internal floating-roof tanks onXZplane at height of vents
图16 单罐罐外气体流线图Fig.16 Flow diagrams of vapor movement out of internal floating-roof tank
图17 双罐罐外气体流线图Fig.17 Flow diagrams of vapor movement out of double internal floating-roof tanks
图14为四罐的罐内气体流线图,四罐的气体运动此时更加复杂,因为除了存在前后罐的互相影响,此刻还多了左右方向储罐的影响,迎风侧的C1、C2 罐较为规律,对称分布,在罐内靠近迎风侧气窗进口位置有较为明显的气体旋涡,后方罐由于卡门涡街效应,气流在绕过前面罐后,周期性地沿类似“S”形轨迹运动,结合图15的压力云图可以看出,此时C3 和C4 的气体主要从左下方角度进入罐内,所以2 个罐内部的气流都是沿顺时针方向运行,C3 罐气窗入口的压力更大,导致内部风速更大,形成了大型的圆形旋涡,C4 罐则由于风速偏小,风力不足以带动罐内全部气体,所以形成了一个小型的近似于圆形的旋涡。
图16~图18 分别为单罐、双罐和四罐的罐外气体运行流线图,与罐内气流一样,随着罐的数量增多,罐间的相互影响作用增加,气流的运行轨迹更加复杂。在罐后方均会形成气体旋涡,多罐的旋涡区域比单罐更大。双罐和四罐在罐间还会因为后罐阻挡气流向后运动而形成回流,导致旋涡的出现,这部分区域较容易形成油气的叠加,应为平时的重点监测区域。
4.3 浓度分布
图18 四罐罐外气体流线图Fig.18 Flow diagrams of vapor movement out of four internal floating-roof tanks
图19 单罐XY面油气浓度分布云图Fig.19 Oil vapor concentration distribution cloud diagram in internal floating-roof tank onXYplane
油气的扩散与风速大小密切相关,不同的风速下,罐内气体的走势、分布规律不同,导致油气的浓度,积聚的位置不同。图19为罐内油气的质量分数分布云图,从图中可以看出,当浮盘边圈发生泄漏时,油气主要位于边圈位置的上部,且有一定浓度的积攒,存在很大的安全隐患,由于罐内气体呈现大涡旋转,油气积攒在旋涡中心和下风向的浮盘缝隙上部,主要是因为此时罐内气流为顺时针旋转,在气流与浮盘的夹角位置,风速很小,容易积聚油气。
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