CO2多相射流的近场结构实验测量和RANS方程模拟翻译.doc

CO2多相射流的近场结构实验测量和RANS方程模拟R.M.Woolleya,*,M.Fairweathera,C.J.Wareinga,S.A.E.G.Falleb,C.Proustc,J.Hebrardc,D.Jamoisc 摘要：部署一套完整的碳捕获和存储链于所带来的危害这被观测到的相互作用的热物理进程包括那些相关联的一个高速膨胀不足的快速泄放，产生一个关联的音速流动结构结构。在这样一个泄放中，由于膨胀和随后的焦耳-汤姆逊冷却反应，可能出现三相流，故需要一个合适的状态方程来说明该系统的组成。本文的主要目的是考虑这些物理过程，综合到一个合适的数值结构中，它可以用来作为一个量化相关危害的工具。这也包含了本文最近提出的一个运用有效数据验证过的模型。总而言之，该模型提供了一个与实验数据和成分数据一致性都很好的流体、音速结构以及温度测量。 关键字：CCS；多相流动；实验测量；数学建模；突然泄放；气体扩散 1 介绍 碳捕捉和封存技术（CCS）旨在减少从煤发电站和其他工业设施排放出来的二氧化碳。CCS技术涉及到捕捉二氧化碳并将它封存在一个合适的半永久的设备，比如自然形成的盐碱含水层或者废弃的油井，而不是让它排放到大气层引起气候变化。 大量高压气体和液体的安全运输的技术要求已经建立了很多年。运用到实践中，该技术被证明含有大量的有害物质，包括燃料和有毒物。然而如今，随着大规模的碳捕获和储存项目(CO2PipeHaz,2009)。对于高压气体释放时的物理观察研究，比如天然气的研究就很好，它们的行为相对的好理解。然而，二氧化碳释放有很大的危险，由于它非常不寻常的物理性质，其中有的还没有阐明。目前，正在进行的工作项CO2 PipeHaz (CO2PipeHaz,2009)关键是量化所有相关的二氧化碳管道失败的危害后果，形成应急响应计划的基础确定人口密集地区最小安全距离。?(NIOSH, ?1996)。液体二氧化碳的密度比水大，但是它的粘度大小与气体相似，这些特性使二氧化碳的运输更加经济以及更有吸引力。然而，初步计算和实验证明，由于它拥有一个相对较高的焦耳-汤姆逊膨胀系数可能达到的温度低于?180 K。当评估意外释放带来的危害可能导致因此二氧化碳流体动力学的提出了一个独特的问题 (Dixon et al .2012年)超临界溶剂()快速膨胀过程原理的制药、化妆品、和特殊化学品行业。粒子产生的几何形状是由喷嘴几何形状、质量流量、压力和二氧化碳。 图1 INERIS CO2 泄放实验装备包括传感器结构的原理图 图1描绘了一个INERIS建设的大规模二氧化碳泄放实验研究的装备示意图。在流场的模拟区域，测量仪器由分散分布的热电偶和沿着中心轴分布的三个氧气浓度传感器组成。用于模型验证的区域从泄放口延伸5米，这个区域即图一的阴影区域。模型区域大小的选择是根据模型的发展，在本文主要是由于膨胀不足，过多负载，多相喷射和近域结构。泄放点下游的5米，那喷射已经在属性上变成自相似，并在大气压力下有了相当大的距离，因此这一地区的不需要这样的2m3的球形容器是热绝缘可以最大操作压力和温度分别为200和473 K1000公斤的二氧化碳内部装备6个热电偶2个高精度压力表以及蓝宝石的观察窗口。三个全功能的球阀安装在管道。最接近球第一阀是手动安全阀另外两个 图2 实验平台，包括填充球罐，主容器和泄放管的总体图 这个容器是由4个重力传感器支持的，用来测量二氧化碳的容量。质量流率的测量精度接近于10%。容器内的和孔口上游的温度测量用的是0.5毫米K热电偶1 K。±0.1%?，0–200 ?bar?的?Kistler传感器，并且孔口的上游用一个精度±0.5%0 – 350 bar的传感器。这个容器装置如图3所示。 不同的孔径可以被用在泄放管道的出口，都由钻过孔的大螺纹法兰做成的。这个法兰的厚度是典型的15 mm，孔口的直径是恒定在一个10 mm 的长度，然后朝外做一个45度的倒角。图4提供了这样一个孔的例子，同时图5是一个高速摄像机对一个9 mm 的喷嘴的泄放拍照。在6个测试报告和研究中使用的喷嘴直径6、9、12和25(直径0.5)。这些元件的响应时间大约是1 s。传感器基于(二氧化碳二氧化碳分数单位体积(内能和动能之和)，如方程(1)-(5)。该模型能够代表组成的混合流体场的二氧化碳(蒸汽/液体/固体)和空气。在这项研究中使用的方程一个轴对称几何但为了简便起见所有后续方程中列出笛卡儿张量形式 （1） （2） （3）