高压管道作为碳捕集和封存技术链的中间环节,在输运过程中容易发生泄漏,其安全问题备受关注。当长输CO₂管道发生泄漏时,在泄漏口处会形成高速射流,并生成大量干冰颗粒,在CO₂扩散和干冰升华过程中形成的高浓度CO₂危及附近居民健康和设备安全。然而,目前还没有较为符合的理论模型能够准确而又完整的描述高压CO₂泄漏扩散特性,相关工业规模实验亦未曾大量开展。针对如今研究现状,本文将工业规模和小规模CO₂泄漏扩散实验相结合,辅之以数值模拟研究和理论分析,探索高压CO₂泄漏扩散规律。本文主要内容和结论如下:（1）设计并建立了小规模和工业规模CO₂泄漏扩散实验装置,并基于此装置开展了多种泄漏孔径、不同相态CO₂的泄漏实验。分析了泄漏孔径和相态对泄漏过程中泄漏口处温度、射流云演变、干冰层生成与消失以及扩散区域远场温度与浓度变化规律及其影响。（2）开展了小规模CO₂泄漏扩散实验。研究结果表明:同种相态,泄漏孔径越大,泄漏口处温降幅度越大;同种泄漏孔径,超临界相实验较气相温降幅度更大。随着泄漏孔径的增大,筒鼓形盘最大直径逐渐增大,但增大幅度逐渐变缓,最大约150 mm,而膨胀角变化的幅度并不是很明显。气相实验泄漏孔径小于1.6 mm时,没有干冰颗粒生成,孔径大于5.4 mm时未能有稳定的干冰层生成;超临界实验中,泄漏孔径为1.6 mm时有稳定的干冰层,孔径大于5.4 mm时,干冰颗粒无法持续积累形成稳定的干冰层。（3）开展了工业规模CO₂泄漏扩散实验。研究结果表明:射流云的演变可以分为三个阶段;射流云扩散时携带的干冰颗粒和凝结的水雾,随高速气流运动至远场区域,近场产生的干冰颗粒在降至地面前全部升华,未形成干冰床。泄漏后,扩散区域温度均快速减小,后上升至环境温度;扩散区域浓度先快速增大至极值,后慢慢下降至与环境相同;密相泄漏实验低温区域、危险区域面积更大,持续时间更长。泄漏孔径为50 mm时,密相、超临界和气相实验在轴线上危险区域长度估计为45 m、35 m和25 m。（4）以实际管道泄漏为基础建立气相CO₂泄漏扩散的数值模型。研究表明:扩散区域速度场整体呈现为一个不规则的椭圆形。距离泄漏口越近,速度梯度越大。泄漏压力相同时,CO₂的水平扩散范围增大趋势随着孔径的增加而增加,而垂直扩散范围与孔径呈线性增加趋势;泄漏孔径相同时,水平扩散距离和垂直扩散距离与压力均呈现线性增加的趋势。随着扩散距离的增加,轴线温度迅速下降。泄漏压力和泄漏孔径均对温降幅度、低温范围有促进作用。（5）对本文扩散模型在超临界、密相CO₂泄漏扩散的适用性进行了工程评估。发现该模型适合于模拟超临界CO₂浓度场,而模拟密相CO₂泄漏时预测浓度低于实验浓度约5%;模拟超临界和密相CO₂扩散区域温度分布时,预测值高于实验值10²0℃。