环境温度对重气瞬时扩散动力学影响的CFD模拟研究及其在安全工程中的应用

本文采用计算流体动力学（CFD）技术，系统研究了环境温度对重气（heavy gas）瞬时泄漏扩散过程的影响机制。通过复现Thorney Island Trial 026实验验证模型可靠性，引入理查德森数（Ri）量化扩散阶段转换特征，揭示了温度对重气纵向、横向及垂直扩散的多维度调控规律，为重气泄漏事故防控与应急疏散策略制定提供了关键理论依据。

　　

Simulation accuracy verification

索尔尼岛二期（Thorney Island II）是在存在障碍物条件下进行的泄漏扩散实验，包含10个不同实验组。由于文献缺乏对这些实验条件和结果的详细描述，本节选择实验条件和结果数据相对完善的Thorney Island Trial 026进行模拟验证，通过对比CFD仿真结果与实测数据，证实了数值模拟方法在重气扩散研究中的准确性与可行性。

Results and Discussion

本研究通过分析不同下风向轴距离、横向距离和高度处气体浓度随时间的变化，揭示了重气瞬时泄漏的扩散机制。通过改变环境温度，深入探究了温度对重气瞬时泄漏扩散时空分布的影响规律。研究发现，重气扩散从重力主导阶段向被动扩散阶段的转变过程显著受温度调控，且不同空间区域的浓度响应特征存在明显差异：纵向扩散呈现多阶段演化，横向扩散在不同区域表现出复杂的变化模式，而垂直扩散则呈现区域特异性温度响应。

Conclusion

本研究通过复现Thorney Island Trial 026实验验证了CFD模拟重气扩散的可靠性，进而通过改变环境温度系统揭示了温度对重气瞬时泄漏扩散空间分布特性的影响规律。引入理查德森数（Ri）成功实现了扩散阶段与下风向不同位置转换时间的关联分析，明确了环境温度对扩散阶段转换时间的调控作用。研究成果对重气泄漏扩散事故预防和应急疏散策略制定具有重要指导意义。