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作者：李格升;范小禹;张丁然;江茂强
单位：1.武汉理工大学船海与能源动力工程学院
摘要：针对高压氢气泄漏扩散风险的高精度预测需求，基于多组经典试验数据，系统验证了商业软件ANSYS FLUENT中的五种虚喷嘴模型与五种湍流模型的耦合适用性。通过对比分析虚喷嘴模型，发现Yuceil2002模型对远场区域(≥5 m)氢气摩尔分数分布的预测与试验值的吻合度最优，而Birch1987与Schefer2007模型在出口区域(<1 m)精度较高。针对湍流模型，标准k-ε与k-ω模型在射流初始阶段(<5 m)计算效率与精度较优，而RNG k-ε模型在远场(≥5 m)预测更接近试验值。通过耦合RNG k-ε湍流模型与Yuceil2002虚喷嘴模型，验证了氢气摩尔分数稀释至安全阈值(4%)的距离与泄漏压力呈线性正相关，并提出多尺度泄漏场景的模型选择准则：短距离(<5 m)推荐Birch1987与RNG k-ω组合，长距离(≥5 m)采用Yuceil2002与RNG k-ε组合。研究成果揭示了高压氢气泄漏扩散的仿真模型适用边界，为氢能设施的安全间距设计、泄漏应急响应及风险评估的高精度仿真研究提供了支撑。
关键词：安全工程;氢气泄漏;氢气扩散;虚喷嘴模型;湍流模型;数值仿真
基金资助：国家重点研发计划项目(2023YFB4301702)
