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全球气候变暖正对人类的生存环境产生巨大的影响。二氧化碳作为一种温室气体，在人类的工业生产中排放量巨大，加剧了全球变暖。为缓解这一现象，各国正在不断加快碳的捕捉、存储和再利用步伐。在油气田开发行业，将高压液态或者超临界态二氧化碳通过油管注入井下，实现原油驱替。这种技术的最大优势是将二氧化碳驱油和埋存相结合，同时兼顾社会效益和经济效益。二氧化碳具有窒息和贴地流淌特性，当空气中的二氧化碳体积分数超过5%时，会使人感到气闷、头昏和眩晕。二氧化碳的扩散与地形有关，一旦发生泄漏，危害巨大，这就对存有大量二氧化碳工厂的选址以及应急方案的制定提出了挑战。

图1液态二氧化碳储罐

开发步骤

今天小编将基于Simdroid平台给大家介绍一个二氧化碳在典型地形泄漏扩散的仿真案例，通过设置泄漏速率和风速，仿真获得二氧化碳泄漏后在罐体周围的分布。

第一步，导入几何模型

二氧化碳储罐所在的典型地形如图2所示，主要地形特征为一个阶梯式平台，平台上面是简化设施，包括三个液态二氧化碳储罐和两个控制室。

图2 二氧化碳储罐地形图

在Simdroid仿真开发环境中的流体分析模块中，导入已构建的二氧化碳储罐周围空气域模型。图3为在Simdroid仿真开发环境中显示的二氧化碳泄漏扩散计算模型。

图3二氧化碳泄漏扩散模型

第二步网格划分与流体介质属性设置

进行二氧化碳泄漏扩散仿真前，需要对模型进行网格划分。将储罐的泄漏口设置为inlet-CO2，计算域上风口平面设置为inlet-air，底部地面、储罐和建筑物设置为wall，其余各面设置为outlet。本次分析采用混合型网格进行剖分，剖分的网格单元总数为1774652。

计算域中的主相为空气，空气的密度设置为1.225kg/m3，粘性系数设置为1.7894E-5 Pa·s。泄漏相为气态二氧化碳，二氧化碳的密度设置为1.7878kg/m3，粘性系数设置为1.37E-5 Pa·s。

第三步，求解设置

在Simdroid流体分析模块中选择瞬态多项流求解器进行仿真。设置inlet-CO2为二氧化碳泄漏进空气域的入口，流速为10m/s。设置 inlet-air为空气入口，速度为0.5m/s。将outlet设置为压力出口，压强值为0Pa。设置wall为无滑移壁面。

第四步，仿真结果评估

下图分别为二氧化碳在泄漏扩散模型X向截面和Z向截面的体积分数云图，在贴近地面处二氧化碳的体积分数较高，这是由于二氧化碳的扩散具有贴地流淌特性。在图4（b）中，二氧化碳从储罐中高速泄漏，形成一股射流，这股射流在重力的作用下逐渐贴近地面流淌。

图4二氧化碳体积分数云图（a）X向截面，（b）Z向截面

第五步，APP开发与应用价值

Simdroid仿真开发环境采用“托拉拽”的完全图形式交互界面进行仿真APP开发。下图为在Simdroid中开发完成的重气在典型地形泄漏扩散仿真APP。

图5采用Simdroid开发完成的重气泄漏扩散仿真APP

通过APP界面设置泄漏重气的密度、粘性系数、泄漏速度和重气储罐周围的风速，可实现不同重气在典型地形不同天气状况下泄漏扩散的仿真计算。将典型地形的三维模型导入Simdroid流体分析模块，开发出个性化的重气扩散泄漏仿真APP，可辅助相关工厂的前期选址和建设，以及发生事故后的应急方案制定。