一种掺氢天然气管道泄漏扩散POD快速预测方法、系统和设备技术方案

本发明专利技术一种掺氢天然气管道泄露扩散POD快速预测方法、系统和设备，包括：获取掺氢天然气管道中掺氢天然气的物性和流动参数；根据所述物性和流动参数及掺氢天然气管道所在区域空间结构建立物理模型；根据所述物性对物理模型进行流体力学数值计算，收集掺氢天然气管道泄漏扩散的样本数据集；使用特征正交分解的方法从样本数据集中提取掺氢天然气管道泄漏扩散的空间基和与不同流动参数对应的模态系数；根据掺氢天然气管道泄漏发生时的流动参数，插值计算掺氢天然气管道泄漏时的模态系数；将空间基和掺氢天然气管道泄漏时的模态系数线性组合，预测掺氢天然气管道泄漏的浓度场分布。本发明专利技术可以实现掺氢天然气管道泄露发生时的快速且准确的预测。速且准确的预测。

【技术实现步骤摘要】
一种掺氢天然气管道泄漏扩散POD快速预测方法、系统和设备


[0001]本专利技术涉及燃气管道泄露扩散预测
，尤其涉及一种掺氢天然气管道泄露扩散POD(特征正交分解，Proper Orthogonal Decomposition)快速预测方法、系统和设备。

技术介绍

[0002]将氢气掺入现役天然气管道是当前实现大规模氢气输送的最佳方式。掺氢天然气管道可能由于人为或自然原因，发生穿孔或破裂，导致内部燃气泄露。氢气相比天然气更易燃烧爆炸，可能造成严重的人员伤害和经济损失。如何快速地预测掺氢天然气管道发生泄漏时的燃气扩散情况对管道运行的安全管理十分重要。然而，由于掺氢天然气管道运行时流动参数的多变以及泄漏事故场景的难以预知，目前缺少一种能够根据管道泄漏发生时的运行参数和泄漏场景进行快速预测的技术。传统的数值计算手段受限于计算性能和实际场景，难以实现管道泄露快速预测的要求。
[0003]因此，亟需一种针对掺氢天然气管道泄露扩散的快速预测方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种掺氢天然气管道泄露扩散POD快速预测方法、系统和设备，以实现掺氢天然气管道泄露发生时的快速且准确的预测。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测方法，包括：
[0007]S1、获取掺氢天然气管道中掺氢天然气的物性和流动参数；
[0008]S2、根据所述掺氢天然气的物性和流动参数以及掺氢天然气管道所在区域空间结构建立物理模型；
[0009]S3、根据掺氢天然气的物性对所述物理模型进行流体力学数值计算，收集掺氢天然气管道泄漏扩散的样本数据集；
[0010]S4、使用特征正交分解的方法从所述样本数据集中提取掺氢天然气管道泄漏扩散的空间基和与不同流动参数对应的模态系数；
[0011]S5、根据掺氢天然气管道泄漏发生时的流动参数，插值计算掺氢天然气管道泄漏时的模态系数；
[0012]S6、将所述空间基和掺氢天然气管道泄漏时的模态系数线性组合，预测掺氢天然气管道泄漏的浓度场分布。
[0013]优选的，S1中，所述掺氢天然气的物性包括：所述掺氢天然气管道运行时输送压力和温度条件下的掺氢天然气物性，所述掺氢天然气管道所在区域的环境压力和温度条件下的掺氢天然气物性；
[0014]优选的，S1中，所述掺氢天然气的流动参数包括掺氢天然气管道运行时的输送压力和掺氢天然气的掺氢比。
[0015]优选的，S2具体包括：
[0016]1)根据所述掺氢天然气的物性和流动参数，确定掺氢天然气管道泄漏口的流动状态；
[0017]2)依据所述掺氢天然气管道泄漏口的流动状态，当掺氢天然气管道泄露口压力超过临界压力时，根据假源面方法计算等效泄露口的流速和直径；
[0018]3)获取掺氢天然气管道的所在区域空间结构；
[0019]4)根据等效泄漏口的直径和掺氢天然气管道所在区域空间结构，建立几何模型并进行网格划分；
[0020]5)基于所述网格，设置边界条件，建立物理模型；所述边界条件包括掺氢天然气的物性、等效泄漏口的流速。
[0021]进一步的，临界压力的计算公式如下：
[0022][0023]其中，p0为掺氢天然气管道运行时输送压力；p
atm
为掺氢天然气管道所在区域的环境压力；γ为掺氢天然气的比热比。
[0024]进一步的，假源面方法的计算公式如下：
[0025][0026][0027]其中，p0为掺氢天然气管道运行时输送压力；p
atm
为掺氢天然气管道所在区域的环境压力；γ为掺氢天然气的比热比，V
eq
为等效泄漏口的流速；V
e
为掺氢天然气管道泄漏口的流速，d
eq
为等效泄漏口的直径；d
e
为掺氢天然气管道泄漏口的直径。
[0028]优选的，S3具体为：
[0029]根据掺氢天然气的物性，对所述物理模型进行流体力学数值计算，求解质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分传递方程，得到不同工况下的CFD数值计算结果；将所有工况下的CFD数值计算结果映射到同一个网格区域，收集掺氢天然气管道泄露扩散的样本数据集。
[0030]优选的，S5具体为：
[0031]根据掺氢天然气管道发生泄露时的流动参数在样本数据集的流动参数中的位置，对从所述样本数据集中提取的模态系数进行插值计算，得到管道泄漏时的模态系数。
[0032]一种掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测系统，包括：
[0033]获取模块，用于获取掺氢天然气管道中掺氢天然气的物性和流动参数；
[0034]模型构建模块，用于根据所述掺氢天然气的物性和流动参数以及掺氢天然气管道所在区域空间结构建立物理模型；
[0035]数值计算模块，用于根据掺氢天然气的物性对所述物理模型进行流体力学数值计算，收集掺氢天然气管道泄漏扩散的样本数据集；
[0036]提取模块，用于使用特征正交分解的方法从所述样本数据集中提取掺氢天然气管
道泄漏扩散的空间基和与不同流动参数对应的模态系数；
[0037]插值模块，用于根据掺氢天然气管道泄漏发生时的流动参数，插值计算掺氢天然气管道泄漏时的模态系数；
[0038]预测模块，用于将所述空间基和掺氢天然气管道泄漏时的模态系数线性组合，预测掺氢天然气管道泄漏的浓度场分布。
[0039]一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测方法的步骤。
[0040]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0041]本专利技术公开的方法能够根据掺氢天然气管道泄漏发生时的流动参数和管道所在区域进行燃气泄漏扩散快速预测，POD快速预测技术通过从样本数据中提取流动特征并进行插值预测，其预测结果能够达到很高的精度，并且由于仅涉及插值和矩阵乘法运算其预测花费时长通常在一秒以内，能够满足管道泄漏事故快速响应的要求，远优于传统CFD数值计算花费时长。该方法能够快速且准确地预测掺氢天然气管道泄漏的燃气扩散情况，能够为管道运行安全管理和泄漏事故快速响应提供强力支持。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1是本专利技术实施例一种掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测方法的流程示意图；
[0044]图2是测试流动参数下，掺氢天然气管道泄露时氢浓度分布等值线的CFD数值预测和POD快速预测的对比图。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测方法，其特征在于，包括：S1、获取掺氢天然气管道中掺氢天然气的物性和流动参数；S2、根据所述掺氢天然气的物性和流动参数以及掺氢天然气管道所在区域空间结构建立物理模型；S3、根据掺氢天然气的物性对所述物理模型进行流体力学数值计算，收集掺氢天然气管道泄漏扩散的样本数据集；S4、使用特征正交分解的方法从所述样本数据集中提取掺氢天然气管道泄漏扩散的空间基和与不同流动参数对应的模态系数；S5、根据掺氢天然气管道泄漏发生时的流动参数，插值计算掺氢天然气管道泄漏时的模态系数；S6、将所述空间基和掺氢天然气管道泄漏时的模态系数线性组合，预测掺氢天然气管道泄漏的浓度场分布。2.根据权利要求1所述的掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测方法，其特征在于，S1中，所述掺氢天然气的物性包括：所述掺氢天然气管道运行时输送压力和温度条件下的掺氢天然气物性，所述掺氢天然气管道所在区域的环境压力和温度条件下的掺氢天然气物性。3.根据权利要求1所述的掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测方法，其特征在于，S1中，所述掺氢天然气的流动参数包括掺氢天然气管道运行时的输送压力和掺氢天然气的掺氢比。4.根据权利要求1所述的掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测方法，其特征在于，S2具体包括：1)根据所述掺氢天然气的物性和流动参数，确定掺氢天然气管道泄漏口的流动状态；2)依据所述掺氢天然气管道泄漏口的流动状态，当掺氢天然气管道泄露口压力超过临界压力时，根据假源面方法计算等效泄露口的流速和直径；3)获取掺氢天然气管道的所在区域空间结构；4)根据等效泄漏口的直径和掺氢天然气管道所在区域空间结构，建立几何模型并进行网格划分；5)基于所述网格，设置边界条件，建立物理模型；所述边界条件包括掺氢天然气的物性、等效泄漏口的流速。5.根据权利要求4所述的掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测方法，其特征在于，临界压力的计算公式如下：其中，p0为掺氢天然气管道运行时输送压力；p
atm
为掺氢天然气管道所在区域的环境压力；γ为掺氢天然气的比热比。6.根据权利要求4所述的掺氢天然气管道泄露扩散的POD快速预测方法，其特征在于，假源面方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐宝金，陈光，胡玮鹏，张永海，周文静，魏进家，杨光，段鹏飞，李璐伶，
申请(专利权)人：深圳市燃气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：