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龙图腾网获悉西南石油大学申请的专利一种基于CFD的高压掺氢天然气管道泄漏特性模拟方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117933134B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-21发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410104578.5，技术领域涉及：G06F30/28；该发明授权一种基于CFD的高压掺氢天然气管道泄漏特性模拟方法是由王轲;李长俊;贾文龙;陈勇设计研发完成，并于2024-01-25向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于CFD的高压掺氢天然气管道泄漏特性模拟方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于CFD的高压掺氢天然气管道泄漏特性模拟方法，属于油气安全技术领域，包括：步骤1，确定泄漏工况并计算泄漏孔射流条件；步骤2，建立射流区域几何模型并划分网格；步骤3，射流模型的建立与求解；步骤4，分析射流特性并确定扩散源强度；步骤5，建立扩散区域几何模型并划分网格；步骤6，扩散模型的建立与求解；步骤7，分析掺氢天然气扩散特性并确定爆炸危险距离；本发明使用射流模型中计算的扩散源强度作为后续扩散模型入口边界可实现对整个泄漏场的准确描述；克服了现有方法由于计算资源限制难以捕捉到泄漏口欠膨胀射流结构，进而不能对后续扩散浓度场进行准确描述的问题；可为掺氢天然气管道的安全管理提供指导。

本发明授权一种基于CFD的高压掺氢天然气管道泄漏特性模拟方法在权利要求书中公布了：1.一种基于CFD的高压掺氢天然气管道泄漏特性模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选取典型高压掺氢天然气管道泄漏过程为研究对象，将高压掺氢天然气管道泄漏过程划分为近场射流阶段和远场扩散阶段；确定高压掺氢天然气管道泄漏工况，主要包括管道运行压力、泄漏孔径以及掺氢比；计算泄漏孔射流条件； 泄漏孔处掺氢天然气压力、温度、密度以及流速计算公式： 式中：P0为管道运行压力，Pa；T0为管道运行温度，K；γ为绝热指数；R为通用气体常数；Pe为泄漏孔压力，Pa；Te为泄漏孔温度，K；ρe为泄漏孔处掺氢天然气密度，kgm3；ue为泄漏孔处掺氢天然气流速，ms； 临界流动的泄漏率计算公式： 式中：Q为气体泄漏率，kgs；Ae为泄漏孔面积，m2； 步骤2，建立射流区域几何模型；采用二维轴对称计算域来降低计算资源成本，射流模型由泄漏孔以及环境大气区域组成；采用非结构网格划分方法对射流区域进行网格划分；欠膨胀射流结构的速度和压力梯度相对较大，为了减少计算时间并保证数值模拟的准确性，对泄漏孔附近区域的网格进行局部加密；并对射流区域的网格进行无关性验证； 步骤3，射流CFD模型的建立与求解；控制方程包括质量、动量和能量守恒方程，组分输运方程计算掺氢天然气各组分摩尔分数，状态方程选用Peng-Robinson方程，湍流模型选用k-ε模型；射流模型入口边界条件根据泄漏孔射流条件确定，出口边界采用压力出口；由于近场射流的速度非常高，因此可以忽略重力的影响；选用双精度压力求解器，采用SIMPLE算法进行压力-速度耦合；为保证计算精度，湍流动能和湍流耗散率采用二阶迎风格式离散，瞬态方程采用二阶隐式格式；设置时间步长为10-5s，时间步数为5000步，时间步长的最大迭代次数为50次； 步骤4，分析高压掺氢天然气射流特性；因射流速度达到音速，射流区域在短时间内会达到稳定状态，只分析射流场稳定后的流场特性；确定射流区域的速度、马赫数、压力、温度、H2摩尔分数以及CH4摩尔分数；采用非线性曲线拟合Boltzmann模型对10xm截面处的扩散源强度进行拟合，所述扩散源强度为速度、温度、H2摩尔分数以及CH4摩尔分数，并将其作为扩散模型的入口边界可以确保避免超音速和振荡区域； 射流出口到马赫盘的距离计算公式： 式中：xm为射流出口到马赫盘的距离，m；Pa为外部环境压力，Pa；de为泄漏孔直径，m；Boltzmann模型的方程形式： 式中：A1，A2，x0和dx为拟合参数； 步骤5，建立三维扩散区域几何模型；计算域以六面体单元的形式离散化，在扩散模型入口截面周围和地面附近进行网格细化；对扩散模型的网格进行无关性验证； 步骤6，扩散CFD模型的建立与求解；控制方程包括质量、动量和能量守恒方程，组分输运方程计算掺氢天然气各组分摩尔分数，状态方程采用Peng-Robinson方程，湍流模型选用k-ε模型；扩散模型入口边界条件根据射流模型在10xm截面处的射流条件确定，出口边界采用压力出口；扩散模型由基于压力的求解器求解，对流项采用二阶迎风格式离散； 步骤7，分析高压掺氢天然气扩散特性；计算掺氢天然气的爆炸下限，确定掺氢天然气管道泄漏的爆炸危险距离； 掺氢天然气的爆炸下限计算公式： 式中：i和mix分别为气体组分i和混合气体；Yi为总可燃气体中组分i的摩尔分数，％；LFLi为组分i的爆炸下限，％；LFLmix为混合气体的爆炸下限，％；N为可燃气体组分数。

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