CN108038275A - 一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法 - Google Patents

一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法 Download PDF

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孙超
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常嘉文
李明
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Abstract

本发明公开了一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法，它涉及天然气管道泄漏技术领域；它的方法如下：一、天然气管道泄漏气体流动模型选用；二、天然气管道泄漏气体流场仿真及特性分析；三、天然气管道泄漏气体声场仿真及特性分析；本发明运用Gambit、Fluent和Tecplot三种软件，分别根据设定情况建立物理模型、进行仿真模拟和后处理工作，通过改变泄漏孔径大小、风速大小和建筑物的数量对泄漏与扩散的过程的流场与声场进行模拟。

Description

一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法
技术领域：
本发明涉及一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法，属于天然气管道泄漏技术领域。
背景技术：
管道发生泄漏是管道故障中极为常见的一种，是指因密闭管道的内侧与外侧存在压力差，管道内部的介质通过孔、毛细管等缺陷部位通过不允许流动的部分渗出、漏失的现象。设施材料的失效是产生泄漏的直接原因，压差则是泄漏产生的根本原因。水泄漏、油泄漏发生时，表现十分直观、明显，而天然气管道的泄漏则具有较强的隐蔽性。此外天然气泄漏时极易扩散到较大的范围，从而导致火灾爆炸等恶性事故的发生，燃气管道泄漏后果如图1所示。
天然气管道是与居民的日常生活息息相关的重要的城市基础设施，管道采用埋地管道；随着城市建设步伐的推进以及人口密度的日益增加，大量的天然气管道被铺设在人口密集的区域和经济较为发达的地区。目前，我国的在役天然气管道在许多城市中已呈现出逐渐老化的状态，有些燃气管道甚至早已超过了最初设计的服役年限，其本身存在很多的安全隐患，大大增加了发生重大管道泄漏事故的概率。
与一次性建成的天然气长输管道不同，城市燃气管道作为天然气管道的终端，由若干长短不一的管道组成，径厚较大，管材管件容易变形，压力低，拥有较多分支、接头及阀门。其次，管道埋地较浅受外界影响较大，天然气管道周围环境会随着城市的发展而发生改变。这些都成为天然气管道安全性的薄弱环节，增加了燃气管道泄漏事故的发生概率。此外，对于在役燃气管道缺乏必要的保养和检测，多年运行下来，管道的安全可靠性难以得到保障，而且管道腐蚀的现象随着使用时间的不断增加也会越来越频繁，这样就容易导致管道破裂，天然气泄漏等现象发生，从而引发许多无法预知的危险。
事故在发生爆炸前，都会有天然气管道发生泄漏，设备安全、管道老化、管道漏气、人为故意等是造成天然气泄漏的主要原因。
因此，开展对天然气管道泄露声场的数值仿真与特性分析，将天然气管道泄漏与扩散过程数据化，对天然气扩散过程与特性有足够的认识与了解，从各影响因素中抽象整理出物理模型，最终得到一般性的规律，有效的预防天然气泄露事故，并在已经发生天然气泄漏的区域及早发现泄漏源与危险区，保障人民群众生命及财产的安全。
国内外研究现状分析：
国外在气体泄漏扩散模拟方面的研究工作始于七、八十年代，直到现在该领域的研究还比较活跃，对于气体泄漏扩散模拟的研究主要有理论模型求解、利用商用软件进行模拟及自主编程模拟。在此期间，提出了很多关于扩散的计算模型，并进行了大量的大规模试验。计算模式有BM(Britter and Mc Quaid)模型、Sutton模型、高斯(Gaussian)模型、板块模型、FEM3(3-D Finite Elelment Model)模型、重气模型等。
高斯模型早在五、六十年代就已被应用，运用统计的方法，考察扩散质的浓度分布，适用于瞬时泄漏和连续性泄漏两种泄漏方式的中性气体(密度与大气相近)的点源扩散，且由于实验数据多提出的时间比较早，提出的时间比较早，所以模拟所用的方法较为成熟。
FEM3模型是三维有限元计算模型，原型于1979年被提出，适用于处理连续源泄漏及有限时间的泄漏，可以模拟复杂地形条件下的气体扩散，但需要很大的计算量作为支持，只适用于密度大于空气的气体的扩散，且模拟较为困难。
Sutton模型是基于湍流扩散统计理论来研究处理湍流扩散问题的，在模拟可燃性气体的泄漏扩散时，产生的误差稍大；BM模型属于经验模型，外延性较差，是由一系列连续泄漏和瞬时泄漏的重气体(密度大于空气)实验所得的数据绘制而成的计算图表组成；重气模型适用于泄漏气体比空气重的情况。
Zemman在1982年提出了可以将三维问题转化为一维问题的板块模型，该模型可以处理定常态和非定常态两种泄漏扩散。相对于Gaussian模型和Sutton模型，板块模型考虑了初始速度、重力以及浮力对扩散的影响，更加全面。后来，也曾有学者对板块模型进行过改进。
INPUFF模型针对原有的高斯烟羽模型所存在一些局限性，美国环保局进行了一些改进，从而形成了INPUFF模型。此种模型一般应用于中性气体泄漏扩散的模拟，但不能计算泄漏量。
在核电站，S.Shimanskiy选用具有耐高温特性的特殊拾音传感装置在装有反应堆循环冷却水的管道中检测到0.2gpm(0.046m3/h)的泄漏。
对于重气连续源泄漏的情况一般采用HEGADAS模型，该模型尤其适合于LNG的泄漏和扩散的研究。按所具有的性质划分，是箱及相似模型的一种，在气体的泄漏扩散速度方面的研究运用了SPILLS。
DEGADIS模型是基于上一个模型所设计的，而且还涉及了标准的高斯扩散模型。通常适用于对中性或者重型气体的研究，能够有效的对其泄漏和扩散进行模拟，然而其中相应的气体扩散速度则要另外进行求解。除此之外，还有两种用来修正DEGADIS 模型的方法，分别是烟雨模型和区域泄漏源算法。和上述的HEGADAS模型相同，它也应该归于箱及相似模型的一种。
SLAB模型的做法为：将下风距离视为假设的独立变量，并将其变换成一维积分。
我国与国外相比，在气体泄漏模型方面的研究上正处于初步阶段，我国的管道泄漏检测技术起步较晚，在扩散分析方面上也有着较大的差距，且对管道泄漏的研究只是不断在学习国外已有的技术，关于管道泄漏检测的产品也还在生产实用阶段存在阻碍和困难。
1997年在北京成立的城市危险源控制技术研究中心，坚持不断的对泄漏扩散模型进行研究，并主攻泄漏模型的计算机仿真与分析研究。
由于计算机技术的快速发展，和其强大的数字信号处理能力对科学研究提供的巨大便利性，管道泄漏检测的主要研究方法已由硬件研究向软件或软、硬件相结合的方向发展。负压力波法、故障模型滤波器法、故障灵敏滤波器法等泄漏检测方法，因为它们在软件方面灵活多变的特性逐渐成为当前研究的重点。
在Fluent上对气体的泄漏与扩散进行仿真，发现天然气的扩散与泄漏孔径、压力、风速以及障碍物之间的关系与正态分布假设下的统计规律相符，Fluent利用强大的计算机图形功能，每迭代约200次便可收敛，还能通过形象、直观的显示效果对不同工作状况下的仿真结果进行对比分析。但是在实际情况中，地形的起伏、障碍物的分布都使天然气的扩散变得更为复杂，温度随高度的变化、大气温度层的结构、风速等对天然气扩散的影响也需要深入考虑。
对天然气管道的泄漏与扩散进行仿真，利用Fluent中无化学反应的燃烧模型，重点对管道泄漏时风对天然气扩散的影响与危险区域的划分进行了分析，仿真结果符合喷射泄漏的基本特征，得出结论：泄漏天然气的浓度随平均风速的增加而减少，且在地面附近时风速对天然气扩散的影响不大，之后，影响随高度的增加而变大。
总之，由于天然气是由多种分子量不同的组分混合而成，而各组分在大气中有各自的扩散规律，且大气流动存在较为复杂的环境因素，扩散过程复杂多变，这可能改变大气流动性，从而改变大气中部分天然气的扩散规律，同时影响其对环境的危害程度。目前世界上对天然气管道泄漏问题的研究并不成熟。以往的研究通常只是用假设条件建立数学模型或只加入一些简单的影响因素进行模拟分析。国内对天然气管道泄漏后数值模拟仿真与扩散的特性分析还有待深入与提高。
发明内容：
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法。
本发明的一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法，它的方法如下：
步骤一、天然气管道泄漏气体流动模型选用：
1.1、模拟区域及网格划分：
1.1.1、物理模型的建立：
采用Gambit进行建模，采用二维模型进行计算；根据模拟要实现的目标，将选取一个足够大的空间，来进行天然气泄漏后在此空间的扩散情况。
1.1.2、初始条件与边界条件：
初始条件就是在起始时刻，模型中流场内每一个点的状态；模拟计算的初始条件为：天然气处于未泄漏状态，浓度和速度都为零，流场内充满空气并保持稳定状态；
1.1.3、网格的选取与划分：
在一个Gambit建立的物理模型中，在泄漏口上方的喷射区域里加密网格，模型中的线，都采用1m间隔来划分线网格，后根据线网格采用非结构化三角形网格进行面网格的填充；采用1m间隔划分线网格，并根据线网格的划分填充面网格；
1.2、计算模型及求解方法：
1.3.1、湍流模型概述：
采用湍流运动模型；
在k-ε模型中，k是湍能，ε是湍能的耗散率，两者分别反映出特征速度与特征长度尺度，主要通过求解两个附加方程来确定湍流黏性系数，并利用Boussinesq假定简化，求接触湍流应力：
k方程：
ε方程：
其中Cε＝0.09，Cε1＝1.44，Cε2＝1.92，CD＝0.8，湍能k和湍能耗散率ε的湍流普朗特数为：σk＝1.0，σε＝1.3，且υt＝CμK2/ε。
1.2.2、求解设置与数值模拟：
采用Fluent进行模拟仿真，这包含三个部分，首先在Gambit中进行物理模型的建立、网格的划分、边界条件的选用；然后在Fluent中选择求解方程、所需模型，并进一步设定边界条件和控制参数，并开始计算；最后将Fluent求解完毕后保存的文件导入Tecplot中进行后处理，直接显示图像或将图像逐帧播放观看，Fluent所保存文件中所包含的具体数据也可在其中调用。
其中步骤一确定了模拟区域，并利用Gambit在模拟区域内进行物理模型的建立，通过对比选择出，以连续性方程、动量方程、能量方程、气体状态方程，组分方程、大涡模拟的控制方程和FW-H方程为基础依据，在湍流模型中选用k-ε模型作为传输模型，组分输运模型则为扩散模型；而后利用Fluent开启选用的模型，在考虑重力和全浮力的情况下对甲烷、硫化氢、空气的混合物进行模拟分析。
步骤二、天然气管道泄漏气体流场仿真及特性分析：
通过对泄漏孔径0.06m、0.006m，风速为0m/s、1m/s、5m/s时，单建筑物或双建筑物的情况分别进行模拟仿真，分析结果得知：小孔泄漏模型下，泄漏孔径越大泄漏量越多；风速越大射流偏斜越早，偏斜角度越大；风速较大时会在近地面处形成气团堆积，而后在水平方向上扩散，或沿着建筑物的迎风面利用浮力上升，越过建筑物后随风扩散；射流尽头的烟羽部分则因重力和大气湍流的作用，动能逐渐减少，浓度被空气稀释，最终扩散；还对天然气的危险性进行了分析，天然气在泄漏口处及风速较大时产生的气团均有爆炸的风险，浓度均逐渐增高至超过爆炸极限(5％～15％)。且由于初始温度、初始压力、天然气纯度的不同，爆炸极限范围会发生变化。
步骤三、天然气管道泄漏气体声场仿真及特性分析：
运用Fluent在流场分析的基础上，采用LES模拟压力脉动，对声场进行分析，分析结果表明：由扩散衰减和吸收衰减的影响，泄漏孔径越大，声场中的声压P与声压级SPL也越大；距离泄漏口竖直方向0～0.5m内，距离泄漏口处越近，声压越大，较远的监视点(0.6～1.0m)则距离泄漏口处越近，声压越小，且由于喷射湍流的影响，压力呈震荡状态；竖直方向上的监视点离泄漏口越远，整体幅值越小，有风状态下，顺着风速方向越远的点，整体幅值也越小；风速从0m/s增至1m/s后，所有点处的整体幅值都明显减少，而从1m/s增至5m/s后，所有点处的整体幅值又增加，低频率的幅值明显上升；而风速增大自始至终都伴随着各点整体幅值波动幅度的变小；泄漏口附近声场的变化只与临近的建筑物有关，有建筑物阻挡后，竖直两点的整体幅值升高，风速方向上左侧点(24.6,0.5,0)在14.815～40.604Hz频率段幅值明显下降，右侧点(25.4,0.5,0)在25.240～125.104Hz频率段的幅值明显上升，即与无建筑物时相比，泄漏口左侧的点低频部分幅值下降，右侧的点低频部分幅值上升。
本发明的有益效果为：运用Gambit、Fluent和Tecplot三种软件，分别根据设定情况建立物理模型、进行仿真模拟和后处理工作，通过改变泄漏孔径大小、风速大小和建筑物的数量对泄漏与扩散的过程的流场与声场进行模拟。仿真结果表明：在流场中，小孔泄漏模型下，泄漏孔径越大泄漏量越多；风速越大射流偏斜越早，偏斜角度越大；风速较大时会在近地面处形成气团堆积，而后在水平方向上扩散，或沿着建筑物的迎风面利用浮力上升。在声场中，泄漏孔径越大，声场中的声压与声压级也越大；在竖直方向上，由低到高，声压先减小后增大，压力呈震荡状态，且整体幅值减小；有风状态下，顺着风速方向越远，整体幅值也越小；风速增大，各点的幅值先减小后增大，各点整体幅值波动幅度变小；泄漏口附近声场的变化只与临近的建筑物有关，即与无建筑物时相比，泄漏口左侧的点低频部分幅值下降，右侧的点低频部分幅值上升。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为背景技术中的燃气管道泄漏后果图；图2为本发明的泄漏口天然气成分图；图3为本发明的瞬态模拟及重力的选用图；图4为本发明的自动保存的相关设置图；图5为本发明的迭代求解的设置图；图6为本发明的三种泄漏模型的泄漏量与孔径比的关系图；图7为本发明的开启LES模型的界面图；图8为本发明的FW-H方程设置界面图；图9为本发明的监视点设置界面图；图10为本发明的各点与部分示意图；图11为本发明的模型及方程开启情况图；图12为本发明的孔径变量设置项图；图 13为本发明的求解算法设置图。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。
如图2至图13所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它的方法如下：
一、天然气管道泄漏气体流动模型选用：
1.1、模拟区域及网格划分：
1.1.1、物理模型的建立：
采用Gambit进行建模，由于天然气管道泄漏扩散具有空间大范围广的特点，运用三维建模进行计算仿真工作，将消耗大量的时间并对现有的计算机硬件造成伤害，所以采用二维模型进行计算。
天然气管道泄漏扩散过程，主要受风速、地形、重力、大气温度、泄漏孔径、泄漏位置及泄漏量等因素的影响。根据模拟要实现的目标，将选取一个足够大的空间，来进行天然气泄漏后在此空间的扩散情况。
模拟范围为80m×50m的四边形区域，居民楼的楼宽5m，楼高10m，楼间距10m，天然气泄漏口距离左侧居民楼15m。
1.1.2、初始条件与边界条件：
初始条件就是在起始时刻，模型中流场内每一个点的状态。本文模拟计算的初始条件为：天然气处于未泄漏状态，浓度和速度都为零，流场内充满空气并保持稳定状态。
边界条件分为多种，根据问题不同而改变。而流场中的流体在任意时刻的流动状态都要满足设定的边界条件。
风速和泄漏速度为已知条件，所以风速入口(左边界)和泄漏口采用速度入口边界条件，方便模拟与计算。
因天然气管道内部存在压力，而外界为正常大气压，两者之间存在压力差，所以上边界和右边界均选用压力出口边界条件，且压力值为标准大气压。
建筑物的壁面及地面均选用壁面边界条件wall。
1.1.3、网格的选取与划分：
在一个Gambit建立的物理模型中，优质的空间网格划分拥有较高的精度，较少的网格，但是计算时间较长，对CPU的要求也较高。综合考虑决定在泄漏口上方的喷射区域里加密网格，以同时提高计算的精度与时间。模型中的线，都采用1m间隔来划分线网格，后根据线网格采用非结构化三角形网格进行面网格的填充。
由于泄漏口上方的加密，无法用四边形网格进行填充。如果划分线网格时采用 2m间隔，则由于网格质量不高导致模拟过程中突然收敛，结果无效。如果划分网格时采用小于1m的间隔，即网格质量高且密集，则会出现划分网格过慢，计算时间成倍增加，且对计算机负担极大，结果与线网格为1m间隔时差距甚微。综上所述，本文采用1m间隔划分线网格，并根据线网格的划分填充面网格，做到不是精度，且运算速度较快。
1.2、天然气泄漏扩散模型基本方程概述：
1.2.1连续性方程：
连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的具体表述形式，任何流动问题都必须满足质量守恒定律，它通过一系列的方式体现了增加的流体质量和减少的流体质量是一样的：
式中：ρ––––气体的密度，kg/m3；
t––––时间，s；
ui––––(x,y,z)三个方向上的速度(u,v,w)，m/s。
1.2.2、动量方程：
动量方程，又被称为纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations)。由于天然气的流动是符合牛顿第二定律的，所以运动方程为：
对于天然气管道则可以写成：
式中：D––––管道内径，m；
P––––天然气管内流动气体的压力，Pa；
f––––质量力，N；
g––––重力加速度，m2/s；
θ––––管道与水平间的倾角，rad；
λ––––沿程阻力系数。
1.2.3、能量方程：
根据热力学第一定律，即能量守恒定律，可以得到天然气流动的能量方程：
式中：H––––单位质量气体放出的热量，J/kg；
e––––气体内能，J/kg；
z––––管道位置高度，m；
h––––气体的焓，J/kg。
1.2.4、气体状态方程：
当所研究气体为理想气体时，即忽略了气体分子的自身体积，将它们看成是质点；不计分子势能，分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞是完全弹性的，不造成动能损失，气体状态方程为：
p＝ρRT (2-5)
而实际上天然气在标准的环境条件下时，气体状态方程[15]为：
p＝ZρRT (2-6)
其中Z为可压缩因子。
1.前苏联气体公式
这种公式的表示形式会根据气体成分的不同而改变[16]。当成分为干燥的天然气时压缩因子的公式为：
如果研究对象是脱去轻油的石油伴生气，则为：
2.美国加利福尼亚天然气协会(CNGA)对压缩因子的公式为：
3.SGERG-88方法
SGERG-88方法是由GERG即欧洲燃气研究集团提出的，他们假设天然气的相对密度、高位发热值以及CO2的含量已知，其公式为：
式中：Z––––压缩因子，与温度、压力有关；
P––––绝对压力，Pa；
R––––摩尔气体常数，其值为8.314J/(mol·K)或8.314kJ (kmol·K)；
△––––其体相对密度，kg/m3；
B、C––––系数，是相对密度、高位发热值与CO2及温度T的函数；
ρm––––摩尔密度，mol/m3。
1.2.5、组分方程：
根据研究对象，天然气管道中的天然气由破裂口泄漏并扩散，还需加入组分输运模型，由组分方程来控制，通过组分质量守恒定律可以得到气体扩散时的组分方程：
式中：ω––––组分的质量分数；
Dt––––湍流扩散系数，σc为常数，一般取1；
Sc––––湍流施密特数，
1.2.6、大涡模拟(LES)的控制方程：
1963年，Smagorinsky首次提出大涡模拟的湍流模型。在非常定的流场中有大量存在大小差异的紊流涡旋，其中较大尺度的旋涡可以影响湍流流动的脉动程度。涡从非定常流动中获取能量，并将能量传递给较小的涡旋，从而在这湍流中改变影响各项相关参数的波动以及扩散，最终使能量耗尽。
在将动量方程进行空间过滤后，可以得到LES控制方程：
式中：––––过滤后i、j向的速度分量，m/s；
υ––––湍流粘性系数；
––––i、j向速度积的过滤量；
τij––––亚格子尺度应力，N。
在进行声场模拟时，应用大涡模拟(LES)模拟方法，描述小尺度湍流流动，但由于小涡模型网格节点的划分极为密集，需要庞大的计算机存储能力。
1.27、FW-H方程：
FW-H方程是将N-S方程和广义函数整合，并重新整合，使其与波动方程的形式一致。它与1882年出版的Kirchhoff理论相似。在kirchhoff理论中，由面积分代表的波动方程最初是在电磁学和光学的相关分析与研究中得到应用的。Farassat和Myers使此理论的研究在声学方面得到应用。而FW-H方程主要是利用广义格林公式来表达波动方程从而形成相应的控制方程。所得的方程包含面源项和体积源项。
方程具体如下：
式中：a0––––远场声速，m/s；p′––––观测点声压，Pa；f＝0––––为声源数据积分面；ui––––在xi方向的流体速度分量，m/s；un––––垂直于积分面的流体速度分量，m/s；vn––––积分面移动速度分量，m/s；δ(f)––––Dirac函数；H(f)––––Heaviside函数；Pij––––应力张量；Tij––––Lighthill张量。
1.3、计算模型及求解方法：
计算模型的选择与使用，直接关系到仿真的可行性，没有选择正确的模型会导致计算中出现错误。针对研究课题的情况，应用其他几种模型，使实验结果更接近现实状况，从而做出有效的分析。
1.3.1、湍流模型概述：
模拟计算时应用的湍流模式包含两种，分别是：k-ε模型(物质传输模型)和组分输运模型(物质扩散模型)，其中的组分输运模型遵从公式(2-12)。由于天然气管道内部的压力和外部的大气压力相差巨大，因此在天然气管道发生泄漏的时候，可压缩的天然气在管道内部呈现出大雷诺数的高度复杂的湍流运动。本文中选用 Fluent中的LES计算法来模拟湍流运动，而时间平均模型中的标准k-ε双方程模型比其他的双方程模型更节约资源且最大限度的保证了计算的精度，因此是本次仿真计算中针对简单湍流运动的首选模型。
在k-ε模型中，k是湍能，ε是湍能的耗散率，两者分别反映出特征速度与特征长度尺度，主要通过求解两个附加方程来确定湍流黏性系数，并利用Boussinesq假定简化，求接触湍流应力：
k方程：
ε方程：
其中Cε＝0.09，Cε1＝1.44，Cε2＝1.92，CD＝0.8，湍能k和湍能耗散率ε的湍流普朗特数为：σk＝1.0，σε＝1.3，且υt＝CμK2/ε。
1.3.2、求解设置与数值模拟：
采用Fluent进行模拟仿真，这包含三个部分，首先在Gambit中进行物理模型的建立、网格的划分、边界条件的选用；然后在Fluent中选择求解方程、所需模型，并进一步设定边界条件和控制参数，并开始计算；最后将Fluent求解完毕后保存的文件导入Tecplot中进行后处理，直接显示图像或将图像逐帧播放观看，Fluent所保存文件中所包含的具体数据也可在其中调用。
取管径D＝350mm，泄漏孔为理想圆形，孔口直径d＝60mm，泄漏处管道中心压力为0.3MPa，环境及燃气温度取300K。由于d/D＜0.2，采用小孔泄漏模型计算，并采用瞬态模拟方式确定。模拟范围80m×50m，居民楼的楼宽5m，楼高10m，楼间距10m，天然气泄漏口距离左侧居民楼15m。但不启动化学反应模型。
天然气中CH4、H2S体积分数分别取94％、6％，如图2所示。
天然气摩尔质量为16.07g/mol，密度约为0.72kg/m3，爆炸极限5％～15％。在给定条件下泄漏时，得到天然气的初始泄漏速度为471m/s。为了使泄漏燃气充分扩散，风速取1m/s和5m/s,周围环境取单建筑物和双建筑物。
在Fluent中实现上面的设置，在General中选择Transient即瞬态模拟，泄漏过程中重力和浮力对于扩散过程影响较大，因此需考虑重力和全浮力影响。开启 Gravity并设置重力加速度为Y轴方向的-9.8m/s2,燃气泄漏速度较快，具体如图3 所示。
选择应用最为广泛的标准k-ε湍流模型，采用标准壁面函数，在Models中开启Energy(能量方程)，k-ε方程和Species Transport(组分输运方程)，在Material 中确定混合成分为methane-air其中包含甲烷，硫化氢和空气。在Solution Methods 中采用压力速度耦合求解选用SIMPLE算法。在Calculation Activities中设置自动保存间隔为10TimeSteps(时间步长)，并更改保存的路径，如图4所示。
最后在Run Calculation中进行迭代设定，在流场模拟中令Time Step Size为0.05秒，共迭代1000个时间步长，如图5所示。
在声场模拟中令Time Step Size为0.002秒，共迭代1000个时间步长。
步骤一确定了模拟区域，并利用Gambit在模拟区域内进行物理模型的建立，通过对比选择出既能保证运算的精度，又能不使运算速度过慢或给电脑带来几大负担的网格划分方法与网格数量，以连续性方程、动量方程、能量方程、气体状态方程，组分方程、大涡模拟(LES)的控制方程和FW-H方程为基础依据，在湍流模型中选用k-ε模型作为传输模型，组分输运模型则为扩散模型。而后利用Fluent开启选用的模型，在考虑重力和全浮力的情况下对甲烷、硫化氢、空气的混合物进行模拟分析。
二、天然气管道泄漏气体流场仿真及特性分析：
2.1、泄漏孔径对流场的影响：
管道在发生泄漏时，也分三种模型，即小孔泄漏模型、管道泄漏模型和大孔泄漏模型。
管道发生小孔泄漏时，管内气体的膨胀过程可以被认为是等熵过程，管内的参数几乎不变，且可以忽略摩擦引起的影响，气体的泄漏速率等于起初最大泄漏速率。泄漏量主要与管道上泄漏口径的大小和压力有关，压力一定时，泄漏量与泄漏口孔径的大小、管道破坏程度的大小成正比。
当泄漏孔径与管径相近或在管内的整个截面上发生了断裂时，则不能忽略管内摩擦对泄漏的影响，此时没有了等熵膨胀过程，应选择管道泄漏模型。
当管道受到破坏导致泄漏口尺寸在小孔与管径之间时，应使用大孔泄漏模型。
而在一定的条件下三种模型的气体泄漏率与孔径的变化规律如图6所示，d为泄漏孔径大小，D为管径大小。
得知，小孔模型的泄漏量虽泄漏孔径成指数增加；管道模型的泄漏量则恒定不变；大孔泄漏模型的泄漏量在孔径比小于0.2时，几乎与小孔泄漏模型一致，之后便趋向于与管道模型重合。
现选取双建筑物，孔径0.006m和0.06米两种情况进行分析，管径为350mm，天然气中CH4、H2S体积分数分别取94％、6％。天然气摩尔质量为16.07g/mol，风速5m/s，初始泄漏速度相同。由于两种情况都满足d/D<0.2，则小孔模型曲线可知泄漏孔径越大，泄漏量越多。模拟结果对比中0.06m孔径泄漏口上方的甲烷密度更大，且由于泄漏量较大，垂直方向喷射的更高更直；0.006m孔径泄漏口上方的甲烷密度较小，在风速相同的情况下，喷射后与垂直方向呈现出45°的偏斜。因此在泄漏口与第一个建筑物之间0.006m孔径的泄漏并没有堆积过多，甲烷浓度占19.6％；0.06m孔径的泄漏则堆积比较严重，甲烷占48.9％，处于高度危险状态。相反的，在两个建筑之间的部分，大孔径泄漏的情况中堆积的较少，小孔径情况甲烷则占46％。
2.2、风速对流场的影响：
2.2.1、无风情况：
无风情况下，泄漏时间为5s、10s、20s、40s时的甲烷浓度分布，天然气泄漏的情况，甲烷的浓度从入口处到射流轴线的最远处逐渐降低，由于考虑了重力以及全浮力，浓度较低的甲烷烟羽会在高处减缓上升趋势，向周围扩散，令射流发生少许偏斜，在扩散发生后又会立刻恢复垂直的状态。
所以，在小孔泄漏模型下，孔径变大会导致泄漏量变大，从而无法快速扩散，易堆积在障碍物前形成大浓度气团。
2.2.2.、风速为1m/s时的影响：
风速为1m/s的情况下，泄漏时间为5s、10s、20s、40s时的甲烷浓度分布；从这三种情况可以看出，风速1m/s时，射流偏斜的角度在竖直方向较小，因为天然气刚泄漏进入大气中时，泄漏口的压力较大，此段区域为射流核心区。由于风速与泄漏口的射流速度相比太小，所以并没有在地面附近堆积，在重力与全浮力的影响下，动能不断减小，大气湍流的作用越来越强，使得甲烷在高空中逐渐扩散。单建筑物时在 40s处因空中发生偏斜的甲烷气体大量扩散，烟羽中甲烷的浓度急剧减少，使射流暂时重新回正，而双建筑物时，右侧建筑物使两建筑物间接近无风状态，甲烷经过右侧建筑后才能更好的扩散，所以恢复垂直较慢，但在40s时，图中已有回正的趋势。
2.2.3、风速为5m/s时的影响：
风速为5m/s的情况下，泄漏时间为5s、10s、20s、40s时的甲烷浓度分布，风速为5m/s时的三种情况极为危险，泄漏口处的射流在离地面5米左右时便随风偏斜，在泄漏口右侧堆积无建筑物阻挡时地面附近开始大量聚集达到爆炸极限，而有建筑物的情况下，甲烷会在泄漏口与左侧建筑物之间堆积，在经过左侧建筑物后，单建筑物情况下甲烷会因重力作用在地面附近扩散，而双建筑物情况下会在两个建筑物之间产生气团堆积，从两建筑物间的中线点向外部浓度逐渐增加，且均大于5％。
2.3、建筑对流场的影响：
2.3.1、无建筑物：
无风且无建筑物的情况下，均由管内压力向外泄漏，在垂直方向轴线上上升，并因重力和大气湍流作用在空中扩散。有风情况，由于没有建筑物的遮挡，风速1m/s 时只是在射流升到20m左右时因重力影响向右下方扩散，而扩散掉部分气团后，剩余的低浓度气体继续向右上升；风速5m/s时则在离地面更近的位置向右偏斜并向下扩散，导致气体在泄漏口右侧堆积，并因风速和甲烷浓度的影响以动量的减少向右扩大堆积范围，范围内均有爆炸危险。
2.3.2、单建筑物：
建筑物左墙面为迎风面。风速为1m/s时，风速较小，射流在超过建筑物高度时偏斜角度增大，向右扩散，但因建筑物对风的阻挡，扩散速度较为缓慢。风速5m/s 时，初始的扩散方式与无建筑物情况相同：气体在地面附近，射流与建筑物之间大量堆积，并随着时间推移，浓度不断上升。超过建筑物的气体则因动能的减小和重力作用向下扩散，因风被建筑物挡住，气体开始堆积，向左右两侧扩大范围，并伴随着浓度的上升。
2.3.3双建筑物：
风速1m/s时比单建筑物时扩散的更慢了一些，由两个建筑物和之间的空间被看作是无风地区，即隔风带的长度比单建筑物有所增加，令近地面的扩散空间变小。风速5m/s时风速过大，射流在近地面处偏转，天然气与建筑物碰撞，并靠自身福利作用沿着建筑物的迎风面爬升，到达建筑物的顶端后继续随风向右扩散，并由于动量减少和重力作用在两建筑物间堆积，形成气团。
2.4、流场特性分析：
对比各种仿真结果可以发现：在小孔扩散模型的适用情况下，孔径越大泄漏量越大，偏斜的越晚，角度越大。在有风条件下，因为泄漏口喷射流量较大，风速对初始射流段的影响并不明显，风速的上升会使泄漏口射流在垂直的轴线方向更早发生偏斜，偏斜角度也更大。风对天然气主要是向下风向的输送作用，风速的变大使空气和天然气间不断的混合，导致质量与热量交换，并在气流卷吸作用和大气湍流作用的影响下，天然气气团浓度不断降低，气团被空气稀释，从而使天然气泄漏的影响范围变小。若风速足够大，天然气气团会在刚离开射流核心区后就被稀释，则泄漏不对周边造成影响。障碍物会对天然气造成阻挡，在风速较大时，会抬高天然气偏转的高度，并在射流与建筑物之间形成气团堆积，甲烷浓度急剧上升。双建筑物之间更会形成气团堆积。
所以较大的孔径与风速更容易使天然气堆积在地面附近，如有建筑物则气团堆积更为迅速，且浓度上升极快，无法自行扩散。
2.5、流场危险性分析：
由于本研究中天然气内甲烷的含量为94％，所以爆炸浓度极限可直接参考甲烷。空气中的天然气在浓度达到5％～15％时即可发生爆炸。而当甲烷浓度低于5％时，氧化反应产生的热量不足以支持燃烧反应，甲烷浓度大于15％时，又因氧气不足而无法进行燃烧和爆炸。
天然气出现泄漏后会在空间中大范围扩散，在风速、湿度等气象条件的影响下，能产生大面积的堆积云团。在本研究所模拟的情况中，风速为5m/s时，均出现了气团的堆积，图中显示的甲烷浓度也早就超过爆炸极限，说明天然气泄漏的同时，堆积气团的区域内甲烷浓度就迅速达到了爆炸下限，在这极短的时间内如遇火源会直接产生气云爆炸，并发出冲击波。而超过爆炸上限时，又因外界风速变化等原因，可能导致浓度被稀释到爆炸上限，产生爆炸。除此之外，本次仿真中流场的危险性还和初始温度、初始压力、天然气纯度有关。
2.5.1、初始温度：
天然气爆炸极限的范围与天然气和空气混合物的初始温度成正比。初始温度的升高，给与了气体分子更多的内能，使本来安全的混合气体变得能够燃烧或爆炸，从而使危险性上升。天然气初始温度与爆炸极限的关系见表3-1：
表3-1天然气初始温度与爆炸极限的关系
2.5.1、初始压力：
压力对爆炸上限的影响远大于下限。一般情况下，因系统压力增大，大大增加了分子间碰撞几率，从而导致更容易开始并进行燃烧反应，即随着天然气与空气混合气体初始压力的增大，爆炸极限的范围也会增大。当爆炸下限与上限重合时，说明系统压力已下降至临界压力，若继续降压，则不会发生爆炸。系统初始压力与甲烷爆炸极限的关系如表3-2所示：
表3-2统初始压力与甲烷爆炸极限的关系
2.5.3、天然气纯度：
天然气中惰性气体的含量会影响天然气的纯度，并改变爆炸极限。氮、水蒸气、二氧化碳等惰性气体的存在会稀释天然气，使天然气和氧气被隔离开，从而缩小爆炸极限。这种影响对爆炸上限有着显著的提升效果。惰性气体在甲烷达到原爆炸上限时，对本就浓度极低的氧气进行排挤，导致不再会发生爆炸，即爆炸上限大幅度下降。
步骤二通过对泄漏孔径0.06m、0.006m，风速为0m/s、1m/s、5m/s时，单建筑物或双建筑物的情况分别进行模拟仿真，分析结果得知：小孔泄漏模型下，泄漏孔径越大泄漏量越多；风速越大射流偏斜越早，偏斜角度越大；风速较大时会在近地面处形成气团堆积，而后在水平方向上扩散，或沿着建筑物的迎风面利用浮力上升，越过建筑物后随风扩散；射流尽头的烟羽部分则因重力和大气湍流的作用，动能逐渐减少，浓度被空气稀释，最终扩散。
还对天然气的危险性进行了分析，天然气在泄漏口处及风速较大时产生的气团均有爆炸的风险，浓度均逐渐增高至超过爆炸极限(5％～15％)。且由于初始温度、初始压力、天然气纯度的不同，爆炸极限范围会发生变化。
三、天然气管道泄漏气体声场仿真及特性分析：
作为广义的声发射现象，天然气管道泄漏产生的声发射信号不同于传统意义上的声学研究。天然气由泄漏口向外喷射作为声源，声源向外部辐射有形成了声波，这也是管道发生泄漏时的广义声发射现象。
管道的泄漏过程由三个阶段组成：应力集中及裂口阶段，裂口扩展及渗漏阶段，泄漏阶段。第一阶段的声发射信号持续时间较短，而第二阶段的信号则能量较弱，且本文研究主要为天然气的泄漏与扩散，所以选取第三阶段进行研究，即高压流体由管内通过泄漏口高速喷射而出时的声学特性。
需在Fluent中开启LES模型，Fluent软件中二维模拟开启LES模型的方法为：输入(rpsetvar‘les-2d？#t)后在Models中开启LES模型，具体如图7所示；
并开启FW-H方程，如图8所示；
在泄漏口的附近取了18个监视点，在图8中的Define Receivers中进行设置，根据各种环境因素对声场的影响进行分析，设置如图9所示；
这18个点的坐标如表4-1所示：
表4-1监视点坐标
令点(25,0.1,0)、(25,0.2,0)、(25,0.3,0)、(25,0.4,0)、A(25,0.5,0)为第一部分；点(25,0.6,0)、(25,0.7,0)、(25,0.8,0)、(25,0.9,0)、B(25,1.0,0)为第二部分；点C(24.6,0.5,0)、(24.7,0.5,0)、(24.8,0.5,0)、(24.9,0.5,0)为第三部分；点(25.1,0.5,0)、(25.2,0.5,0)、(25.3,0.5,0)、D(25.4,0.5,0)为第四部分，进行研究。四部分点在泄漏口上方形成一个十字图案，四部分则分别代表着十字图案的下、上、左、右四个分值，有利于对同方向相近的点进行对比分析，示意图如图10所示；
管道内天然气的成分如下：
混合物、甲烷、气体、空气、硫化氢、甲烷。
具体模型与方程的开启情况如图11所示；
3.1、泄漏孔径对声场的影响：
选取不同泄漏孔径值D，并通过Gambit重新建模，仅改变泄漏孔径大小，并在Fluent中的边界条件处，设置其具体湍流直径(Hydraulic Diameter)，与泄漏孔径相对应，如图12所示；
求解方式选择SIMPLE算法，具体设置如图13所示；
分别对其对应的泄漏口附近声场进行模拟计算，得出不同孔径大小与其泄漏孔处声压P、声压级SPL的关系，数据如表4-2所示：
表4-2泄漏孔径大小与泄漏口处声压、声压级间的关系
从保存的数据可以看出，随着泄漏孔径的增大，声场中的声压P与声压级SPL也增大。
3.2、风速对声场的影响：
3.2.1、无风情况：
在无风状态下：
在纵轴方向，高度从0.1到0.5，声压不断增加，而每隔一段时间，五点的声压大小会完全颠倒，并达到峰值，这种现象不断的重复，在声压最大处均为点A的声压高于其他四点，而最低声压处却是点A低于其他四点。也就证明，竖直方向上的监测点声压波动幅度大小随着它与泄漏口间距离的增大而增大。
第二部分的声压变化趋势与第一部分完全相反，点B声压大于其余四点，每隔一段时间便在峰值处颠倒排列，而竖直方向上的监测点声压波动幅度大小随着它与泄漏口间距离的减小而增大。总结第一部分与第二部分可以发现，竖直方向上的监测点声压波动幅度大小与它和点A的距离成反比。
第三部分与第四部分的点为水平分布，可看出远离中心点A的距离与点的声压波动幅度成正比。
通过Fluent软件中的FFT变换功能，得到中心点A与点B处的频谱分析，从两点的频谱分析图中的各点数据对比分析发现两者差距极小，可以看出77.367Hz时，幅度从29.850dB减小到15.438dB，减少了14.41dB，而根据数据得出，整体幅值均损失0.8dB。
3.2.2、风速为1m/s时的影响：
因流场分析结果显示，风速1m/s时，建筑物数量的变化并未对整体流场中气体的运动规律造成明显的影响，所以本节选用空旷场地的情况进行分析。
风速1m/s时，空旷场地(无建筑物)上点A、点B、点C、点D的频谱分析图，并制作分析图；竖直方向上的两点与无风时相比声发射信号整体损失了16dB左右。在频率分布方面整体频率组成变化不大。
从水平方向两点的频谱分析图中可以看出点C与点D相比，在6.035Hz、60.906Hz和63.101Hz处的幅值明显增加，而在低频率段的幅值波动更小，幅值则整体减小了 0.88dB左右，说明风的作用使泄漏声发射信号中的低频部分幅值有所增强。
3.2.3、风速为5m/s时的影响：
由于研究观测点都选在泄漏口附近，根据风速5m/s时的流场分布图，选择无建筑物情况下的A、B、C、D四点进行对比分析，由于风速变得更大，相比风速1m/s 时，纵向两点的频谱变分析图中4.938～45.542Hz频率段幅值上升明显，整体幅值有所升高，说明风速从1m/s增至5m/s会使纵向泄漏声发射信号整体的幅值上升，并使整体幅值波动更小。
由于流场所模拟的结果，5m/s的风速使天然气在地面快速堆积，所以区别于风速1m/s时的仿真结果，在横向的两点中，由于风的作用，低频段幅值上升，波动范围变小。风速的增加也使整体幅值增加，整体幅值的波动变小。
3.3、建筑对声场的影响：
由流场分析中可以看出，建筑物对泄漏口处影响最大的是在风速5m/s时，风速使泄漏口附近产生了气团的堆积，所以在给定风速5m/s的条件下，对建筑物的影响作用进行对比分析。
3.4、声场特性分析：
泄漏孔附近的湍流射流是泄漏的声源，为一种宽频的噪声，由泄漏口发射出的声波，随着传播距离的增加，波前能量逐渐减弱，导致声发射信号的幅度减小，由纵向点对比可观察出此规律。而天然气产生声波信号的传播介质为空气，所以衰减主要由扩散衰减和吸收衰减组成。
将“声波在传播过程中，由于作用面的扩大，导致能量无法完全补充，而引起幅度变小”的声波衰减过程称为扩散衰减；将“由于波动形式的力学能量不断转换为其他种类能量(热能)，而产生的声波衰减”称为吸收衰减。这两种衰弱都在纵向的泄漏声波变化和风速方向上的声波变化中发挥作用，令频谱分析图中的点从下到上或从左到右均发生幅值变小。
步骤三运用Fluent在流场分析的基础上，采用LES模拟压力脉动，对声场进行分析，分析结果表明：由扩散衰减和吸收衰减的影响，泄漏孔径越大，声场中的声压 P与声压级SPL也越大；距离泄漏口竖直方向0～0.5m内，距离泄漏口处越近，声压越大，较远的监视点(0.6～1.0m)则距离泄漏口处越近，声压越小，且由于喷射湍流的影响，压力呈震荡状态；竖直方向上的监视点离泄漏口越远，整体幅值越小，有风状态下，顺着风速方向越远的点，整体幅值也越小；风速从0m/s增至1m/s后，所有点处的整体幅值都明显减少，而从1m/s增至5m/s后，所有点处的整体幅值又增加，低频率的幅值明显上升；而风速增大自始至终都伴随着各点整体幅值波动幅度的变小；泄漏口附近声场的变化只与临近的建筑物有关，有建筑物阻挡后，竖直两点的整体幅值升高，风速方向上左侧点(24.6,0.5,0)在14.815～40.604Hz频率段幅值明显下降，右侧点(25.4,0.5,0)在25.240～125.104Hz频率段的幅值明显上升，即与无建筑物时相比，泄漏口左侧的点低频部分幅值下降，右侧的点低频部分幅值上升。
本具体实施方式通过对泄漏孔径0.06m、0.006m，风速为0m/s、1m/s、5m/s时，单建筑物或双建筑物的情况进行研究得出以下结论：
泄漏孔径越大泄漏量越多；随着泄漏孔径的增大，声场中的声压P与声压级SPL也增大。
无风状态下，泄漏口射流竖直喷出，由于喷射湍流的影响，压力呈震荡状态；泄漏口竖直方向声压先减小后增大；竖直方向上的监视点离泄漏口越高，整体幅值越小。
有风情况下，风速越大射流偏斜越早，偏斜角度越大，风速5m/s时会在近地面处形成气团堆积；随着风速增加，所有泄漏口附近所有监视点处的整体幅值先减少后增加；风速的增大自始至终都伴随着各监视点整体幅值波动幅度的变小。
在有建筑物的情况下，风速5m/s时泄漏口旁产生的气团沿着建筑物的迎风面利用浮力上升，越过建筑物后随风扩散或沉积在两个建筑物之间；泄漏口上方竖直两监视点的整体幅值升高；与无建筑物时相比，泄漏口左侧的点低频部分幅值下降，右侧的点低频部分幅值上升。

Claims (1)

1.一种天然气管道泄漏声场的数值仿真及特性分析方法，其特征在于：它的方法如下：
步骤一、天然气管道泄漏气体流动模型选用：
1.1、模拟区域及网格划分：
1.1.1、物理模型的建立：
采用Gambit进行建模，采用二维模型进行计算；根据模拟要实现的目标，将选取一个足够大的空间，来进行天然气泄漏后在此空间的扩散情况；
1.1.2、初始条件与边界条件：
初始条件就是在起始时刻，模型中流场内每一个点的状态；模拟计算的初始条件为：天然气处于未泄漏状态，浓度和速度都为零，流场内充满空气并保持稳定状态；
1.1.3、网格的选取与划分：
在一个Gambit建立的物理模型中，在泄漏口上方的喷射区域里加密网格，模型中的线，都采用1m间隔来划分线网格，后根据线网格采用非结构化三角形网格进行面网格的填充；采用1m间隔划分线网格，并根据线网格的划分填充面网格；
1.2、计算模型及求解方法：
1.3.1、湍流模型概述：
采用湍流运动模型；
在k-ε模型中，k是湍能，ε是湍能的耗散率，两者分别反映出特征速度与特征长度尺度，主要通过求解两个附加方程来确定湍流黏性系数，并利用Boussinesq假定简化，求接触湍流应力：
k方程：
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ε方程：
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其中Cε＝0.09，Cε1＝1.44，Cε2＝1.92，CD＝0.8，湍能k和湍能耗散率ε的湍流普朗特数为：σk＝1.0，σε＝1.3，且υt＝CμK2/ε；
1.2.2、求解设置与数值模拟：
采用Fluent进行模拟仿真，这包含三个部分，首先在Gambit中进行物理模型的建立、网格的划分、边界条件的选用；然后在Fluent中选择求解方程、所需模型，并进一步设定边界条件和控制参数，并开始计算；最后将Fluent求解完毕后保存的文件导入Tecplot中进行后处理，直接显示图像或将图像逐帧播放观看，Fluent所保存文件中所包含的具体数据也可在其中调用；
其中步骤一确定了模拟区域，并利用Gambit在模拟区域内进行物理模型的建立，通过对比选择出，以连续性方程、动量方程、能量方程、气体状态方程，组分方程、大涡模拟的控制方程和FW-H方程为基础依据，在湍流模型中选用k-ε模型作为传输模型，组分输运模型则为扩散模型；而后利用Fluent开启选用的模型，在考虑重力和全浮力的情况下对甲烷、硫化氢、空气的混合物进行模拟分析；
步骤二、天然气管道泄漏气体流场仿真及特性分析：
通过对泄漏孔径0.06m、0.006m，风速为0m/s、1m/s、5m/s时，单建筑物或双建筑物的情况分别进行模拟仿真，分析结果得知：小孔泄漏模型下，泄漏孔径越大泄漏量越多；风速越大射流偏斜越早，偏斜角度越大；风速较大时会在近地面处形成气团堆积，而后在水平方向上扩散，或沿着建筑物的迎风面利用浮力上升，越过建筑物后随风扩散；射流尽头的烟羽部分则因重力和大气湍流的作用，动能逐渐减少，浓度被空气稀释，最终扩散；还对天然气的危险性进行了分析，天然气在泄漏口处及风速较大时产生的气团均有爆炸的风险，浓度均逐渐增高至超过爆炸极限(5％～15％)；且由于初始温度、初始压力、天然气纯度的不同，爆炸极限范围会发生变化；
步骤三、天然气管道泄漏气体声场仿真及特性分析：
运用Fluent在流场分析的基础上，采用LES模拟压力脉动，对声场进行分析，分析结果表明：由扩散衰减和吸收衰减的影响，泄漏孔径越大，声场中的声压P与声压级SPL也越大；距离泄漏口竖直方向0～0.5m内，距离泄漏口处越近，声压越大，较远的监视点(0.6～1.0m)则距离泄漏口处越近，声压越小，且由于喷射湍流的影响，压力呈震荡状态；竖直方向上的监视点离泄漏口越远，整体幅值越小，有风状态下，顺着风速方向越远的点，整体幅值也越小；风速从0m/s增至1m/s后，所有点处的整体幅值都明显减少，而从1m/s增至5m/s后，所有点处的整体幅值又增加，低频率的幅值明显上升；而风速增大自始至终都伴随着各点整体幅值波动幅度的变小；泄漏口附近声场的变化只与临近的建筑物有关，有建筑物阻挡后，竖直两点的整体幅值升高，风速方向上左侧点(24.6,0.5,0)在14.815～40.604Hz频率段幅值明显下降，右侧点(25.4,0.5,0)在25.240～125.104Hz频率段的幅值明显上升，即与无建筑物时相比，泄漏口左侧的点低频部分幅值下降，右侧的点低频部分幅值上升。
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