CO₂中含有的杂质不仅对管道运输效率有较大影响,同时也是管道泄漏及安全评估过程主要考虑的因素。国内关于杂质对运输及泄漏过程的影响停留在仿真模拟阶段,可参考实验验证的数据较少。本文主要采用小规模管道泄漏实验研究了纯CO₂泄漏过程的特性规律,对泄漏过程的相变以及传热规律进行详细阐述。以纯CO₂泄漏实验为基础,进行含杂质N₂的CO₂管道泄漏实验,使用状态方程计算实验结果,探讨杂质N₂含量对CO₂物性变化的影响规律,主要内容及结论如下:（1）设计并建立了小规模CO₂泄漏实验装置,实验研究了纯CO₂泄漏过程中的管道内压力和温度变化特性。结果表明,气相CO₂泄漏时管内介质的压力响应按负指数函数形式衰减;超临界以及密相CO₂泄漏时管内介质的压力响应则经历了快速降低和负指数衰减两个阶段。气相、超临界、密相CO₂泄漏过程中管内介质在泄漏孔远端温降幅度大于泄漏孔近端,出现―近热远冷‖现象。相同泄漏孔径下,密相介质温降幅度最大,达76℃,超临界次之,气相最小。泄漏孔径越大,温降幅度越大。（2）实验研究了CO₂管道泄漏过程中的管内相变特性。d=1 mm气相CO₂泄漏实验中管道内的介质不会发生相变,全孔径相变为―气相-气液两相-液相-气液两相-气相‖;d=1mm超临界CO₂泄漏过程中相变为―超临界相-气液两相-气相‖,全孔径泄漏过程中相变为―超临界相-气液两相-液相-气液两相-气相‖;不同孔径密相CO₂在泄漏过程中,相变为―密相-液相-气液两相-气相‖,泄漏孔越大,气液两相持续时间越长,温降幅度越大,其中d=10.8 mm泄漏孔远端位置处最低温度达到-51℃,可能会出现干冰。（3）实验研究了CO₂管道泄漏过程中传热规律。通过努塞尔数大小衡量泄漏孔处壅塞流强度和管道沿线介质与管壁之间的换热强度。在超临界泄漏实验中,泄漏孔处的努塞尔数在泄漏初期快速下降,通过临界点后,流体泄漏进入稳定流动状态,努塞尔数稳定在0¹之间。泄漏口处的壅塞流现象是随着泄漏口的尺寸增加而不断加强的,达到一定尺寸后,不再增强。对于相同泄漏孔径泄漏过程中管道沿线的传热规律,密相努塞尔数最大,超临界次之,气相最小;泄漏孔远端处努塞尔数最大,泄漏孔处次之,管道中间部分最小;相同初始相态、泄漏孔径下泄漏初始阶段努塞尔数最大。（4）选取了GERG-2008状态方程作为计算工具,通过计算分析了杂质N₂含量对CO₂饱和曲线的偏移规律以及在准临界温度范围内杂质含量对物性的影响。研究结果表明:N₂含量使CO₂临界温度降低,临界压力升高,其露点线与泡点线分离形成两相区;随着N₂含量的增多,在准临界温度范围内,密度降低49%,粘度降低59.2%,定压比热容波峰值降低36.47%,降低了管道输运能力。（5）基于此实验装置开展了含杂质CO₂泄漏实验,研究了N₂含量对CO₂泄漏过程的物性参数的影响规律,结果表明:N₂含量越多,使泄漏时间越短,造成平均压降速率变大,使温度-压力曲线向饱和曲线方向偏移。在泄漏过程中,N₂含量越高,相同压力下,密度、热容、粘度的值越低;准临界区域内随着压力的降低,N₂浓度对物性参数的影响越来越小。