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气体泄漏研究

1.背景介绍

 当前,世界能源结构趋于多样化.在低碳背景下,液化天然气(LNG)和液氢(LH2)等清洁绿色燃料占据了更大的比例。这些液态燃料由于储存环境温度比大气压下的沸点高,这些低温燃料也被称为过热液体。在工业应用中,它们在运输过程中通常储存在高压罐和管道中。但是,当这些管道或储罐因腐蚀、材料损坏或操作错误而损坏,易燃易爆液体通常会从裂缝中泄漏。典型的泄漏和扩散过程如图1所示。如果泄漏持续发展,会产生二次事故,因此关于液态气体泄漏的研究非常必要。

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图1 储罐中危险的低温液体泄漏示意图

2.研究内容

 西南石油大学科研团队研究过热度和射流压力对泄漏特性的影响,相应的液氮(LN2)泄漏实验在不同的条件下进行。在本研究中,矩形喷嘴用于模拟典型释放场景中的裂纹。还研究了射流模式的演化过程。三种喷射模式,包括机械分解射流,部分闪光射流和完全闪转射流。

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图2 实验系统示意图

 喷嘴在实验过程中实时参数包括压力、温度和质量流量由数据采集系统收集.采用千眼狼M220款高速摄像机捕获射流形态。

3.研究结论

 结果表明:射流角随过热度的增加而增大;在高过热度下,射流压力对射流角度的影响更大。当过热度降低时,其对射流角度的影响减小。泄漏质量流量随过热度的增加而下降,随射流压力的增加而上升。

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 图4显示了射流形态在整个过程中的瞬态演变。射流形态在0.25s时膨胀,由于流体动力学的不稳定性和热非平衡性,射流形态显示出强烈的脉冲。在此过程中,LN2吸热液相急剧转变为气相。射流形态处于膨胀、收缩和再膨胀的动态状态。

4.行业应用总结

 在低碳的倡议下,清洁的液态燃料愈发重要,液态燃料储存需要低温高压,在常温状态下使用时瞬间气化,过程速度之快必须要用高速摄像机进行协助观测研究。同时,千眼狼高速摄像机在类似的场景,如雾化、烟雾颗粒、微液滴、农药喷洒等领域积累了大量丰富的案例,为广大科研工作者提供助力。文章摘自Kang Cena, Yixi Wanga, Wenqiang Fanc, Yanling Yanga, Minxue Dai《Experimental study on the flow characteristics during liquidnitrogen leakage》)。

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