艾志久,吴光武,王其华,雷文章,,陈高松

（1.西南石油大学,四川 成都 610500;

2.中海油研究总院,北京 100027;

3.中国石油集团公司安全环保技术研究院,北京 100083）

1 引 言

井喷失控后大量甲烷从井口喷出,如果没有立即点火,而是先扩散形成甲烷-空气混合气云,当气云在可燃浓度范围内遇到明火,很可能导致气云爆炸。气云爆炸由于破坏性大,长期以来一直受到广泛关注。D.C.Bull[1]、K.J.Hunghes等[2]和丁信伟等[3]的气云爆燃实验揭示了气云爆炸超压和火焰速度均随气云尺寸增大而增大;杨国刚等[4]进行的开敞空间气云爆炸实验表明,随着混合气云内可燃气体浓度偏离最危险浓度,爆炸威力将逐渐下降;同时也开展了一些数值模拟研究,如毕明树等[5]利用气体动力学方程导出无约束气云爆炸压力的计算式。以上所研究的气云均为理想形状模型,比如球形或半球形,且可燃气云都为均匀混合,模型内部不存在浓度梯度。而在开敞空间如天然气管道泄漏、井喷失控所形成的可燃气云很可能没有均匀混合,而是存在着浓度梯度,与以上的研究模型有较大差别。

为了使数值模拟结果更逼近实际情况,本文中基于K-ε模型和改进的EBU模型,考虑可燃混合气云的形成过程,建立甲烷喷射流扩散及混合气云爆炸理论模型,模拟甲烷-空气混合气云形成过程和不同点火点引发气云爆炸的现象,探讨开敞空间下气云爆炸威力最小的合适点火方位。

2 数学模型

2.1 天然气喷射流扩散

井喷失控天……