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Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法和装置制造方法及图纸

技术编号:21184992 阅读:25 留言:0更新日期:2019-05-22 15:36
本公开提供了一种Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法,获取事故源信息与环境信息,并对事故源信息与环境信息进行收集;对收集过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作;将优化后的参数输入至Calpuff模型中,获取轻质气体浓度场结果。该方法经过排放高度和沉降速度两个参数优化后的Calpuff模型,能够适用于模拟轻质气体的迁移扩散,从而能够更方便快速的对轻质气体的泄漏事故进行动态模拟;提出的参数优化的公式里面的参数均比较容易获取,从而能够在泄漏事故中以较短的时间内搜集到必须的数据,以实现泄漏事故的动态模拟。本公开还提供了Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进装置。

Improvement of Calpuff Model for Light Gas Diffusion Simulation

This disclosure provides an improved method for Calpuff model to simulate light gas diffusion, to obtain accident source information and environmental information, to collect accident source information and environmental information, to optimize the parameters of emission height and sedimentation velocity in the process of collection, and to input the optimized parameters into Calpuff model to obtain the results of light gas concentration field. The Calpuff model optimized by the two parameters of discharge height and settling velocity can be used to simulate the migration and diffusion of light gas, so that the dynamic simulation of light gas leakage accident can be carried out more conveniently and quickly. The parameters in the formula of parameter optimization are relatively easy to obtain, so that the necessary data can be collected in a relatively short time in the leakage accident. Data are used to realize the dynamic simulation of leakage accidents. The present disclosure also provides an improved Calpuff model for simulating light gas diffusion.

【技术实现步骤摘要】
Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法和装置
本公开涉及本专利技术涉及轻质气体泄漏扩散的动态模拟
,具体而言,涉及一种Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法和装置。
技术介绍
如今石油、化工企业在生产、储存、运输和使用过程中存在着各种危险物质。这些危险物质其中就包含轻质气体,由于排放过后比空气密度小,在浮力的作用下,相比普通的气体会有明显的抬升;通过来自边界层的湍流反射作用也会对轻质气体的输送和扩散作用产生一定影响。详细过程如下:当轻气发生连续泄漏时,它所形成的羽流由于与空气之间存在密度差,在浮力的作用下羽流会有明显上升的现象;而且当泄漏轻气的初始温度高于空气时,这一羽流上升作用将更为明显。在主导风向的作用下,上升的羽流向下风向方向弯曲,形成一个典型的弯曲羽流。此时需要对羽流的有效泄漏源高进行计算;来自于地表面和边界层的瑞流反射作用显然也对轻气的输送和扩散作用产生一定的影响。因此地表状况的不同与所需要计算的轻气浓度是息息相关的,如高密度城市区域和旷野地区的扩散,最后影响的区域范围显然是不同的。Calpuff模型是一个用来模拟不稳定状态的多层、多物种污染的高斯型烟团扩散模式,它适用于模拟时空都在变化的气象条件下污染物的迁移、转化和清除。它考虑了复杂地形的影响,海岸的交界影响,建筑物的下洗影响,干湿沉降以及简单的化学转化,可以计算出在预设点的浓度和沉降量。但是,针对目前的Calpuff模型具有一定的限制性。具体的,针对轻质气体排放后的抬升:Calpuff模型在计算气态污染物排放高度的时候,会考虑污染物由于温度小于空气温度造成一定程度上的抬升,但是对于轻质气体,不仅温度其密度与空气存在密度差,在浮力作用下会有明显上升,Calpuff模型无法模拟这种特性;针对轻质气体的扩散阶段:Calpuff模型在计算完气体的抬升之后,将污染物气团密度看作与空气密度相当,污染物气团随大气迁移扩散,但是对于轻质气体,更易受到来自于地表面和边界层的湍流反射作用,导致轻质气体经过边界层的反射后有一定程度的下沉速度,Calpuff模型无法模拟这种特性。
技术实现思路
为了解决现有技术中的技术问题,本公开针对不同特征的轻质气体,对Calpuff模型的参数进行调整,使得Calpuff能够实现模拟轻质气体迁移扩散。即本公开实施例提供了一种Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法和装置,获取事故源信息与环境信息,并对事故源信息与环境信息进行收集;对收集过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作;将优化后的参数输入至Calpuff模型中,获取轻质气体浓度场结果。经过排放高度和沉降速度两个参数优化后的Calpuff模型,能够适用于模拟轻质气体的迁移扩散,从而能够更方便快速的对轻质气体的泄漏事故进行动态模拟;提出的参数优化的公式里面的参数均比较容易获取,从而能够在泄漏事故中以较短的时间内搜集到必须的数据,以实现泄漏事故的动态模拟。第一方面,本公开实施例提供了一种Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法,包括以下步骤:获取事故源信息与环境信息,并对所述事故源信息与所述环境信息进行收集;对收集过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作;将优化后的参数输入至Calpuff模型中,获取轻质气体浓度场结果。在其中一个实施例中,所述事故源信息包括:轻质气体的排放高度、轻质气体的排放温度、轻质气体的排放速度以及轻质气体的排放量。在其中一个实施例中,所述环境信息包括:环境风速、莫氏长度、摩擦速度、季节/下垫面。在其中一个实施例中,所述对收集与预处理过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作包括:针对轻质气体计算浮力通量以及针对轻质气体计算上升的抬升高度。在其中一个实施例中,所述对收集与预处理过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作还包括:根据轻质气体的泄漏源参数,通过第一预设公式计算上升的抬升高度,其中,所述第一预设公式为:其中,x为下风向距离(m),u为环境风速(m/s),轻质气体额外的抬升高度随下风向距离增大而增大,ΔH为由于轻质气体造成的上升的抬升高度;通过第二预设公式计算Calpuff模型中的排放高度的输入值,其中,所述第二预设公式为:Hi=Hs+ΔH;其中,Hs为实际排放高度(m),Hi为Calpuff模型中输入的排放高度(m);根据第三预设公式计算浮力通量,其中,所述第三预设公式为:其中,Vs为排放出口处烟气排放速率(m/s),g为重力加速度(m/s2),Ts为烟气出口温度(K),Ta为环境大气温度(K)。在其中一个实施例中,所述对收集与预处理过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作还包括:根据所述环境信息,基于第四预设公式计算气体的沉降速度,计算的沉降速度Vd作为Calpuff模型中的气体干沉降速度的输入值,所述第四预设公式为:其中,Ra——湍流层空气动力学阻力,Rb——准层流副层阻力;Ra是由湍流运动引起的污染物从大气输送至地面附近时受到的阻力,根据近地层由污染物的质量输送和热量输送类似的假定获取第五预设公式,其中,所述第五预设公式为:其中,Zr是计算Vd时选择的参考高度(m),Ua是摩擦速度(m/s),k是VonKarman常数,取0.4,Z0是下垫面的粗糙度长,由局地地形特征经验地获得(m),ψc为与质量通量有关的稳定度修正函数,其中,1/L是Monin-Obukhov长度的倒数(1/m);Rb是污染物向地表沉积时经过近地面片流层所受的阻力,其和通过与地表相接的类片流层的传输相关联;其中,Ua是摩擦速度(m/s),k是VonKarman常数,取0.4,Pr为Prandtl数,取值0.72,Sc为Schmidt数,Sc=μ0/Di,μ0为空气运动粘度,取值0.15cm2s-1,Di为与组分相关的第1种污染物的分子扩散度。在其中一个实施例中,还包括:通过判断多个季节多个下垫面类型获取受体表面阻力。第二方面,本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。第三方面,本公开实施例提供了一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述的方法的步骤。第四方面,本公开实施例提供了一种Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进装置,所述装置包括:获取与收集模块,用于获取事故源信息与环境信息,并对所述事故源信息与所述环境信息进行收集;优化模块,用于对收集过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作;结果获取模块,用于将优化后的参数输入至Calpuff模型中,获取轻质气体浓度场结果。本专利技术提供的一种Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法和装置,获取事故源信息与环境信息,并对事故源信息与环境信息进行收集;对收集过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作;将优化后的参数输入至Calpuff模型中,获取轻质气体浓度场结果。该方法经过排放高度和沉降速度两个参数优化后的Calpuff模型,能够适用于模拟轻质气体的迁移扩散,从而能够更方便快速的对轻质气体的泄漏事故进行动态模拟;提出的参数优化的公式里面的参数均比较容易获取,从而能够在泄漏事故中以较短的时间内搜集到必须的数据,以本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法,其特征在于,包括以下步骤:获取事故源信息与环境信息,并对所述事故源信息与所述环境信息进行收集;对收集过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作;将优化后的参数输入至Calpuff模型中,获取轻质气体浓度场结果。

【技术特征摘要】
1.一种Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法,其特征在于,包括以下步骤:获取事故源信息与环境信息,并对所述事故源信息与所述环境信息进行收集;对收集过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作;将优化后的参数输入至Calpuff模型中,获取轻质气体浓度场结果。2.根据权利要求1所述的Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法,其特征在于,所述事故源信息包括:轻质气体的排放高度、轻质气体的排放温度、轻质气体的排放速度以及轻质气体的排放量。3.根据权利要求1所述的Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法,其特征在于,所述环境信息包括:环境风速、莫氏长度、摩擦速度、季节/下垫面。4.根据权利要求1所述的Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法,其特征在于,所述对收集与预处理过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作包括:针对轻质气体计算浮力通量以及针对轻质气体计算上升的抬升高度。5.根据权利要求1所述的Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法,其特征在于,所述对收集与预处理过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作还包括:根据轻质气体的泄漏源参数,通过第一预设公式计算上升的抬升高度,其中,所述第一预设公式为:其中,x为下风向距离(m),u为环境风速(m/s),轻质气体额外的抬升高度随下风向距离增大而增大,ΔH为由于轻质气体造成的上升的抬升高度;通过第二预设公式计算Calpuff模型中的排放高度的输入值,其中,所述第二预设公式为:Hi=Hs+ΔH;其中,Hs为实际排放高度(m),Hi为Calpuff模型中输入的排放高度(m);根据第三预设公式计算浮力通量,其中,所述第三预设公式为:其中,Vs为排放出口处烟气排放速率(m/s),g为重力加速度(m/s2),Ts为烟气出口温度(K),Ta为环境大气温度(K)。6.根据权利要求1所述的Calpuff模型对轻质气体扩散模拟的改进方法,其特征在于,所述对收集与预处理过程中的排放高度参数与沉降速度参数进行优化操作还包括:...

【专利技术属性】
技术研发人员:许嘉钰周迅蔡超
申请(专利权)人:清华大学北京三易思创科技有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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