一種模擬重氣在市內(nèi)街道有風(fēng)擴(kuò)散的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種確定火災(zāi)中地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)受力情況的方法，其特征在于，于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)(AC)-氣團(tuán)模型對(duì)其擴(kuò)散進(jìn)行了模擬，將氣體的宏觀(guān)擴(kuò)散等效視為多個(gè)氣團(tuán)，使用細(xì)胞自動(dòng)機(jī)生成氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)模型，將氣團(tuán)的特征表示為Qi(Vi0，xi，yi)，參考高斯模型確定影響半徑D用以區(qū)分濃度梯度擴(kuò)散Sd和自由擴(kuò)散Sf，確定了風(fēng)在街區(qū)內(nèi)的強(qiáng)度分布，并構(gòu)造了邊界接觸條件，假設(shè)了模擬的市內(nèi)環(huán)境，使用該模型在風(fēng)速u(mài)=0.75m/s狀態(tài)下模擬氨氣擴(kuò)散，并研究了不同時(shí)刻風(fēng)進(jìn)入街區(qū)對(duì)擴(kuò)散的影響；其包括如下步驟：確定影響半徑D，氣團(tuán)自動(dòng)機(jī)模型，氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)速度變化量的改變量的確定，風(fēng)場(chǎng)分布的確定，邊界接觸條件，設(shè)定模型建立參數(shù)，進(jìn)行模擬；本發(fā)明可用于市內(nèi)街道布局復(fù)雜情況下有風(fēng)作用的氣體擴(kuò)散分布模擬。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種模擬重氣在市內(nèi)街道有風(fēng)擴(kuò)散的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)勒費(fèi)及重氣擴(kuò)散樽擬,録;g/是族及復(fù)雜市內(nèi)街區(qū)內(nèi)有風(fēng)狀態(tài)下的重氣擴(kuò)散研究。
【背景技術(shù)】
[0002]城市的空氣質(zhì)量與人的生活密切相關(guān)，人們的生產(chǎn)和生活過(guò)程排放的污染物是造成城市大氣污染的主要因素。特別是在市內(nèi)街道由于運(yùn)輸或輸送等原因造成的泄露，短時(shí)間內(nèi)得不到有效的控制，加之城市墊面干、熱、粗等特征，其復(fù)雜性導(dǎo)致城市的風(fēng)環(huán)境及污染物擴(kuò)散變得非常復(fù)雜。探討復(fù)雜街區(qū)布局在風(fēng)作用下的污染物擴(kuò)散的機(jī)理和規(guī)律，對(duì)改善人們的生活環(huán)境有重要意義。
[0003]對(duì)于氣體擴(kuò)散的研究國(guó)內(nèi)已有很多，但是這些研究主要是應(yīng)用擴(kuò)散范圍規(guī)則且連續(xù)的模型進(jìn)行的，無(wú)法應(yīng)用到重氣在近地面市內(nèi)街區(qū)這種不規(guī)則非連續(xù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的進(jìn)行擴(kuò)散模擬，并且也少見(jiàn)考慮風(fēng)在街區(qū)內(nèi)流動(dòng)對(duì)重氣擴(kuò)散的影響。
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，考慮將連續(xù)性的擴(kuò)散云，分離成氣團(tuán)。提出了使用細(xì)胞自動(dòng)機(jī)(AC)生成氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)模型。在生成運(yùn)動(dòng)模型的過(guò)程中，考慮了氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)的一些特性與粒子運(yùn)動(dòng)特性的相近性，并同時(shí)借鑒了高斯模型的相關(guān)參數(shù)和概念?？紤]風(fēng)的作用，對(duì)模型進(jìn)行了改進(jìn)。假設(shè)了模擬街區(qū)，模擬了在穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)條件下氨氣擴(kuò)散過(guò)過(guò)程；模擬了擴(kuò)散過(guò)程中不同時(shí)刻來(lái)風(fēng)對(duì)擴(kuò)散分布的影響，其結(jié)果與實(shí)際擴(kuò)散結(jié)果比較相近。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]利用細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模擬氣團(tuán)的擴(kuò)散，主要的氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力為氣團(tuán)的濃度梯度，即氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)向著濃度梯度減最快的方向運(yùn)動(dòng)。在濃度較高的區(qū)域，濃度梯度對(duì)擴(kuò)散的方向和速度影響很大；當(dāng)濃度下降到一定值后，擴(kuò)散即為自由擴(kuò)散。
[0006]對(duì)氣團(tuán)的擴(kuò)散過(guò)程中的特征，使用Qi(ViO，xi，yi)表示，其中Qi表示第i個(gè)氣團(tuán)，ViO表示第i個(gè)氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度m/s ；xi和yi表示相對(duì)于擴(kuò)散中心的氣團(tuán)的位置,單位m。
[0007]I確定影響半徑D
為區(qū)分濃度梯度作用下的擴(kuò)散和自由擴(kuò)散，要首先確定影響半徑D。當(dāng)兩個(gè)氣團(tuán)的距離大于D時(shí)，認(rèn)為氣團(tuán)間相互不作用，即兩個(gè)氣團(tuán)之間顯現(xiàn)自由擴(kuò)散Sf ;當(dāng)兩個(gè)氣團(tuán)的距離小于D時(shí)，認(rèn)為氣團(tuán)間存在相互作用，即兩個(gè)氣團(tuán)之間顯現(xiàn)濃度梯度擴(kuò)散Sd;模型如圖18所示公式。
[0008]式中S1、表示兩個(gè)氣團(tuán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0009]D的確定可以根據(jù)高斯模型，假設(shè)某一濃度下氣體之間不存在相互作用，解算高斯模型中的距離參數(shù)確定，即求解橫風(fēng)向距離y，如圖19所示公式。
[0010]2氣團(tuán)自動(dòng)機(jī)模型
基于自動(dòng)機(jī)的氣團(tuán)擴(kuò)散模型的實(shí)質(zhì)問(wèn)題是確定每個(gè)氣團(tuán)在其他氣團(tuán)的影響下的運(yùn)動(dòng)方向和速率，如圖20所示公式。[0011]式中:Vi0、xi0、yi0表示第i個(gè)氣團(tuán)的上一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)，Vil、xil、yil表示這一時(shí)刻的狀態(tài)。
[0012]當(dāng)氣團(tuán)處于Sf時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向和速率基本取決于其上一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向和速率，并附加一定的隨機(jī)變化，可以參考高斯模型中側(cè)風(fēng)向擴(kuò)散系數(shù)δ y，其表示在無(wú)風(fēng)影響下的氣體擴(kuò)散特征，如圖21所示公式。
[0013]式中，f(Sy)表示氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)速度變化量AV是側(cè)風(fēng)向擴(kuò)散系數(shù)Sy的函數(shù)，ε表示擴(kuò)散速度的隨機(jī)性，AVx和AVy分別表示Δ V在X和y方向的分量，單位m/s, Δ t表示上一時(shí)刻與本時(shí)刻的時(shí)間差。
[0014]當(dāng)氣團(tuán)處于Sd時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向和速率取決于其上一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向和速率，與本時(shí)刻周?chē)渌麣鈭F(tuán)對(duì)其作用的疊加，如圖22所示公式。
[0015]3氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)速度變化量的改變量的確定 確定在影響半徑D內(nèi)的其他氣團(tuán)對(duì)第i個(gè)氣團(tuán)的影響。主要是判斷AV的改變量，SP考慮濃度梯度的情況下，AV方向的改變和大的改變。由于假設(shè)氣團(tuán)的每個(gè)氣體質(zhì)量相同且內(nèi)部均勻，所以主要考慮其他氣團(tuán)的上一時(shí)刻的速度和第i個(gè)氣團(tuán)與其他在D范圍內(nèi)的氣團(tuán)的距離d。方向的改變通過(guò)距離d確定，基于氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)的改變?yōu)闈舛忍荻茸畲蠓较?，d越相互影響越強(qiáng)烈的原則，方向該變量的確定過(guò)程如圖1所示。
[0016]如圖1所示，在以氣團(tuán)O為中心的半徑為D的范圍內(nèi)，有5個(gè)氣團(tuán)A，B，C，D，O?，F(xiàn)確定O在該時(shí)刻內(nèi)速度的改變方向。根據(jù)d越相互影響越強(qiáng)烈的原則，取A、B、C、D相應(yīng)的d的倒數(shù)，作為衡量作用大的無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)。在A、B、C、D相應(yīng)的d的指向O的延長(zhǎng)線(xiàn)上按比例作A、B、C、D相應(yīng)的d的倒數(shù)，作為方向的矢量SA、SB、SC、SD,并求矢量和F=SA*SB*SC*SD。綜上可得矢量合成后的速度改變量的方向F=S1*S2*…Sn，η為以氣團(tuán)O為中心的半徑為D的范圍內(nèi)的氣團(tuán)的個(gè)數(shù)減I。
[0017]Λ V大的改變目前通過(guò)統(tǒng)計(jì)確定，即借鑒擴(kuò)散系數(shù)Sy，AV=rSy，r為擴(kuò)散調(diào)整系數(shù)，這樣圖22所示公式可改寫(xiě)為圖23所示公式。
[0018]4風(fēng)場(chǎng)分布的確定
設(shè)風(fēng)速為Vf, Vfx和Vfy分別表示風(fēng)場(chǎng)在X和y方向的分量,單位m/s。則圖23所示公式可改寫(xiě)為圖24所示公式。
[0019]5邊界接觸條件
當(dāng)氣團(tuán)遇到障礙物時(shí)會(huì)觸發(fā)邊界條件。當(dāng)氣團(tuán)遇到障礙物時(shí)，由于障礙物表面對(duì)氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)有粘滯作用，所以氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)受到影響，應(yīng)進(jìn)行折減，λ為接觸速度折減系數(shù)，λ >1，可參考管線(xiàn)內(nèi)層流流體的拋物型速度分布曲線(xiàn)；運(yùn)動(dòng)方向變?yōu)?80°減F與障礙物表面交角，如圖25所示公式。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1方向改變量的確定過(guò)程。
[0021]圖2市內(nèi)街區(qū)設(shè)置。
[0022]圖3模擬擴(kuò)散過(guò)程，擴(kuò)散次數(shù)=200。
[0023]圖4模擬擴(kuò)散過(guò)程，擴(kuò)散次數(shù)=400。
[0024]圖5模擬擴(kuò)散過(guò)程，擴(kuò)散次數(shù)=600。[0025]圖6模擬擴(kuò)散過(guò)程，擴(kuò)散次數(shù)=800。
[0026]圖7模擬擴(kuò)散過(guò)程，擴(kuò)散次數(shù)=1000。
[0027]圖8模擬擴(kuò)散過(guò)程，擴(kuò)散次數(shù)=2000。
[0028]圖9風(fēng)在200步時(shí)刻進(jìn)入街區(qū)2000次擴(kuò)散的模擬結(jié)果。
[0029]圖10風(fēng)在400步時(shí)刻進(jìn)入街區(qū)2000次擴(kuò)散的模擬結(jié)果。
[0030]圖11風(fēng)在600步時(shí)刻進(jìn)入街區(qū)2000次擴(kuò)散的模擬結(jié)果。
[0031]圖12風(fēng)在800步時(shí)刻進(jìn)入街區(qū)2000次擴(kuò)散的模擬結(jié)果。
[0032]圖13風(fēng)在1000步時(shí)刻進(jìn)入街區(qū)2000次擴(kuò)散的模擬結(jié)果。
[0033]圖14風(fēng)在1200步時(shí)刻進(jìn)入街區(qū)2000次擴(kuò)散的模擬結(jié)果。
[0034]圖15風(fēng)在1400步時(shí)刻進(jìn)入街區(qū)2000次擴(kuò)散的模擬結(jié)果。
[0035]圖16風(fēng)在1600步時(shí)刻進(jìn)入街區(qū)2000次擴(kuò)散的模擬結(jié)果。
[0036]圖17風(fēng)在1800步時(shí)刻進(jìn)入街區(qū)2000次擴(kuò)散的模擬結(jié)果。
[0037]圖18關(guān)于影響半徑D的氣團(tuán)間作用判據(jù)。
[0038]圖19確定影響半徑D的模型公式。
[0039]圖20基于自動(dòng)機(jī)的氣團(tuán)擴(kuò)散模型公式。
[0040]圖21當(dāng)氣團(tuán)處于Sf時(shí)的氣團(tuán)擴(kuò)散狀態(tài)模型公式。
[0041]圖22當(dāng)氣團(tuán)處于Sd時(shí)的氣團(tuán)擴(kuò)散狀態(tài)模型公式。
[0042]圖23確定氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)速度變化量的改變量的模型公式。
[0043]圖24顧及風(fēng)速條件下確定氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)速度變化量的改變量的模型公式。
[0044]圖25邊界接觸條件的模型公式。
【具體實(shí)施方式】
[0045]模型外輪廓線(xiàn)為IlOX 110m，為無(wú)反射開(kāi)放邊界。泄漏源在區(qū)域中心(0，O)處，假設(shè)場(chǎng)景為運(yùn)輸液態(tài)氨的槽車(chē)泄露。周?chē)?1個(gè)長(zhǎng)方體虛擬了建筑物。其具體尺寸如圖2所示。重氣擴(kuò)散后設(shè)重氣的擴(kuò)散高度于建筑物高度。擴(kuò)散氣團(tuán)從泄露點(diǎn)向四周擴(kuò)散，氣團(tuán)的泄露速度為每計(jì)算步10個(gè)，一共進(jìn)行2000計(jì)算步。
[0046]參數(shù)的具體選擇，設(shè)泄漏點(diǎn)的泄露速度為5kg/s,氣團(tuán)每個(gè)容量為0.1kg,5/0.1=50個(gè)氣團(tuán)每秒，又設(shè)每計(jì)算步10個(gè)氣團(tuán)，即相當(dāng)于每個(gè)計(jì)算步的時(shí)間為0.2s。泄漏點(diǎn)的噴出距離為lm，后液氨全部氣化為重氣，開(kāi)始擴(kuò)散，假設(shè)泄露持續(xù)穩(wěn)定。假設(shè)風(fēng)速《=0.75m/s，風(fēng)向如圖2中從左向右。同時(shí)假設(shè)擴(kuò)散為近地?cái)U(kuò)散，擴(kuò)散高度不超過(guò)建筑物高度。汝=0.5m，擴(kuò)散系數(shù)根據(jù)大氣穩(wěn)定度、日照強(qiáng)度和地面粗糙情況確定，z=2m，認(rèn)為C=0.1 kg/m3時(shí)濃度梯度的作用對(duì)AV的影響可以忽略，得到D=8.48m。ε的隨機(jī)擴(kuò)散范圍是0.lm，360°。r取1.5，λ取1.2。對(duì)圖2的假設(shè)建筑物場(chǎng)景進(jìn)行重氣擴(kuò)散模擬。
[0047]圖2表示風(fēng)以?=0.75m/s的速度,通過(guò)研究區(qū)域時(shí)的穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)分布。由于建筑物表面對(duì)風(fēng)的阻力，設(shè)風(fēng)在通過(guò)街道時(shí)，風(fēng)速為類(lèi)拋物線(xiàn)分布，如圖中A，B區(qū)。拋物線(xiàn)中間最長(zhǎng)的箭頭長(zhǎng)度表示以該箭頭的起點(diǎn)位置的風(fēng)速度，全圖箭頭長(zhǎng)度等比例；箭頭的方向表示該箭頭的起點(diǎn)位置的風(fēng)的方向。當(dāng)箭頭線(xiàn)相交時(shí)，選擇最近的且方向相同的節(jié)點(diǎn)合并成一條箭頭線(xiàn)。箭頭分開(kāi)時(shí)，選擇第一個(gè)進(jìn)入岔路口的箭頭位置為箭頭線(xiàn)分開(kāi)的位置。
[0048]I在穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)下氨氣擴(kuò)散過(guò)程的結(jié)果 當(dāng)泄露前風(fēng)場(chǎng)以穩(wěn)定存在，擴(kuò)散模擬過(guò)程如圖31所示。
[0049]如圖31所示，由于風(fēng)場(chǎng)在擴(kuò)散前達(dá)到穩(wěn)定，所以風(fēng)對(duì)擴(kuò)散的作用始終都存在。
[0050]當(dāng)擴(kuò)散次數(shù)=200時(shí)，擴(kuò)散點(diǎn)下方和右方的街道擴(kuò)散濃度較小，擴(kuò)散速度小于風(fēng)速。擴(kuò)散點(diǎn)左方在擴(kuò)散速度和風(fēng)的作用下，擴(kuò)散的較快。擴(kuò)散點(diǎn)上方由于相對(duì)于其他三個(gè)方向是大空間，泄露物質(zhì)在這個(gè)方向的擴(kuò)散量較大；同時(shí)根據(jù)圖2，從狹窄街道進(jìn)入該大空間的風(fēng)速衰減較大，導(dǎo)致擴(kuò)散物聚集，難以及時(shí)消散。
[0051]當(dāng)擴(kuò)散次數(shù)=400時(shí)，擴(kuò)散點(diǎn)下方和右方的街道擴(kuò)散濃度提高，風(fēng)速對(duì)擴(kuò)散在這兩個(gè)方向仍有一定的制約作用。擴(kuò)散點(diǎn)左方在擴(kuò)散速度和風(fēng)的作用下，加速擴(kuò)散。擴(kuò)散點(diǎn)上方大空間，泄露物質(zhì)在這個(gè)方向的擴(kuò)散繼續(xù)累積，該位置風(fēng)作用不足以驅(qū)散擴(kuò)散物。
[0052]當(dāng)擴(kuò)散次數(shù)>600時(shí)，這個(gè)階段模擬區(qū)域的濃度分布趨于穩(wěn)定，即Sd和Sf的區(qū)域變化很小(Sd和Sf的交界線(xiàn)保持不變)，可見(jiàn)這是擴(kuò)散達(dá)到平衡穩(wěn)定的條件。擴(kuò)散點(diǎn)下方和右方的街道擴(kuò)散濃度繼續(xù)提高，但風(fēng)速對(duì)擴(kuò)散的作用下，這兩個(gè)方向的擴(kuò)散物濃度始終不大。擴(kuò)散點(diǎn)左方在擴(kuò)散速度和風(fēng)的作用下，保持了穩(wěn)定的擴(kuò)散。擴(kuò)散點(diǎn)上方大空間，泄露物質(zhì)在這個(gè)空間內(nèi)持續(xù)累積，如果風(fēng)速不變，這個(gè)累積過(guò)程還將繼續(xù)下去。需要說(shuō)明的是模擬街區(qū)最左邊建筑物左邊外側(cè)區(qū)域沒(méi)有設(shè)置風(fēng)場(chǎng)，因?yàn)橐环矫嬷饕芯康氖墙謪^(qū)內(nèi)的擴(kuò)散，另一方面由于建筑物的阻礙使該區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)較小，所以該位置未設(shè)置風(fēng)場(chǎng)。
[0053]2不同時(shí)刻來(lái)風(fēng)對(duì)氨氣擴(kuò)散的影響 200步風(fēng)進(jìn)入
如圖擴(kuò)17所示，每個(gè)圖的間隔200步，那么每個(gè)圖中氣團(tuán)的位置變化為每個(gè)計(jì)算步的時(shí)間0.2s X風(fēng)速0.75m/sX200步=30m，即每個(gè)圖中氣團(tuán)的位置的間隔理論上為30m，但由于風(fēng)在穿過(guò)建筑物時(shí)，能量的衰減，實(shí)際的風(fēng)速減少，移動(dòng)距離也減小。
[0054]圖擴(kuò)17表示了不同時(shí)間風(fēng)進(jìn)入街區(qū)，第2000步時(shí)的擴(kuò)散情況。轉(zhuǎn)換為時(shí)間圖擴(kuò)17分別表示，開(kāi)始泄漏后，在408、808、1208、1608、2008、2408、2808、3208、3608時(shí)風(fēng)進(jìn)入街區(qū)的距擴(kuò)散開(kāi)始時(shí)400s的擴(kuò)散情況。可見(jiàn)從圖擴(kuò)17，風(fēng)對(duì)擴(kuò)散的影響逐漸減小，這些現(xiàn)象符合實(shí)際的擴(kuò)散規(guī)律，可見(jiàn)模型在一定程度上的正確定。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬重氣在市內(nèi)街道有風(fēng)擴(kuò)散的方法，差藍(lán)于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)(AC)-氣團(tuán)模型對(duì)其擴(kuò)散進(jìn)行了模擬，將氣體的宏觀(guān)擴(kuò)散等效視為多個(gè)氣團(tuán)，使用細(xì)胞自動(dòng)機(jī)生成氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)模型，將氣團(tuán)的特征表示為Qi (ViO，xi, yi)，參考高斯模型確定影響半徑D用以區(qū)分濃度梯度擴(kuò)散Sd和自由擴(kuò)散Sf，確定了風(fēng)在街區(qū)內(nèi)的強(qiáng)度分布，并構(gòu)造了邊界接觸條件，假設(shè)了模擬的市內(nèi)環(huán)境，使用該模型在風(fēng)速《=0.75m/s狀態(tài)下模擬氨氣擴(kuò)散，并研究了不同時(shí)刻風(fēng)進(jìn)入街區(qū)對(duì)擴(kuò)散的影響;其包蕾勿70步..確定影響半徑D，氣團(tuán)自動(dòng)機(jī)模型，AV的改變量的確定，風(fēng)場(chǎng)分布的確定，邊界接觸條件，設(shè)定模型建立參數(shù)，進(jìn)行模擬;羞友巡市內(nèi)街道布局復(fù)雜情況下有風(fēng)作用的氣體擴(kuò)散分布模擬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)模型，其特征在于，利用細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模擬氣團(tuán)的擴(kuò)散，主要的氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力為氣團(tuán)的濃度梯度，即氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)向著濃度梯度減最快的方向運(yùn)動(dòng)；在濃度較高的區(qū)域，濃度梯度對(duì)擴(kuò)散的方向和速度影響很大；當(dāng)濃度下降到一定值后，擴(kuò)散即為自由擴(kuò)散。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣團(tuán)的擴(kuò)散，其特征在于，對(duì)氣團(tuán)的擴(kuò)散過(guò)程中的特征，使用Qi (ViO, xi, yi)表示，其中Qi表示第i個(gè)氣團(tuán)，ViO表示第i個(gè)氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度m/s ；xi和yi表示相對(duì)于擴(kuò)散中心的氣團(tuán)的位置，單位m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定影響半徑D，其特征在于，為區(qū)分濃度梯度作用下的擴(kuò)散和自由擴(kuò)散，要首先確定影響半徑D，當(dāng)兩個(gè)氣團(tuán)的距離大于D時(shí)，認(rèn)為氣團(tuán)間相互不作用，即兩個(gè)氣團(tuán)之間顯現(xiàn)自由擴(kuò)散Sf ;當(dāng)兩個(gè)氣團(tuán)的距離小于D時(shí)，認(rèn)為氣團(tuán)間存在相互作用，即兩個(gè)氣團(tuán)之間顯現(xiàn)濃度梯度擴(kuò)散Sd ;模型如圖18所示公式；D的確定可以根據(jù)高斯模型，假設(shè)某一濃度下氣體之間不存在相互作用，解算高斯模型中的距離參數(shù)確定，即求解橫風(fēng)向距離y，模型如圖19所示公式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣團(tuán)自動(dòng)機(jī)模型，其特征在于，基于自動(dòng)機(jī)的氣團(tuán)擴(kuò)散模型的實(shí)質(zhì)問(wèn)題是確定每個(gè)氣團(tuán)在其他氣團(tuán)的影響下的運(yùn)動(dòng)方向和速率，模型如圖20所示公式；當(dāng)氣團(tuán)處于Sf時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向和速率基本取決于其上一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向和速率，并附加一定的隨機(jī)變化，可以參考高斯模型中側(cè)風(fēng)向擴(kuò)散系數(shù)δ y，其表示在無(wú)風(fēng)影響下的氣體擴(kuò)散特征，模型如圖21所示公式；當(dāng)氣團(tuán)處于Sd時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向和速率取決于其上一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向和速率，與本時(shí)刻周?chē)渌麣鈭F(tuán)對(duì)其作用的疊加，模型如圖22所示公式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ΔV改變暈的確定，其特征在于，確定在影響半徑D內(nèi)的其他氣團(tuán)對(duì)第i個(gè)氣團(tuán)的影響，主要是判斷△ V的改變量，即考慮濃度梯度的情況下，AV方向的改變和大小的改變；由于假設(shè)氣團(tuán)的每個(gè)氣體質(zhì)量相同且內(nèi)部均勻，所以主要考慮其他氣團(tuán)的上一時(shí)刻的速度和第i個(gè)氣團(tuán)與其他在D范圍內(nèi)的氣團(tuán)的距離d。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ΔV方向的改變，其特征在于，方向的改變通過(guò)距離d確定，基于氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)的改變?yōu)闈舛忍荻茸畲蠓较?，d越近相互影響越強(qiáng)烈的原則，在以氣團(tuán)O為中心的半徑為D的范圍內(nèi)，有5個(gè)氣團(tuán)A，B，C，D，O ;現(xiàn)確定O在該時(shí)刻內(nèi)速度的改變方向，根據(jù)d越相互影響越強(qiáng)烈的原則，取A、B、C、D相應(yīng)的d的倒數(shù)，作為衡量作用大的無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)，在A、B、C、D相應(yīng)的d的指向O的延長(zhǎng)線(xiàn)上按比例作A、B、C、D相應(yīng)的d的倒數(shù)，作為方向的矢量SA、SB、SC、SD，并求矢量和F=SA*SB*SC*SD ;綜上可得矢量合成后的速度改變量的方向F=S1*S2*…*Sn，/?為以氣團(tuán)O為中心的半徑為D的范圍內(nèi)的氣團(tuán)的個(gè)數(shù)減I。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所沭的ΔV大小的改變，其特征在于，AV大的改變借鑒擴(kuò)散系數(shù)δy, AV=rSy，r為擴(kuò)散調(diào)整系數(shù)，根據(jù)不同情況取值，確定Λ V的模型公式如圖23所示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)場(chǎng)分布的確定，其特征在于，設(shè)風(fēng)速為Vf，Vfx和Vfy分別表示風(fēng)場(chǎng)在X和y方向的分量，單位m/s，在風(fēng)作用下AV的計(jì)算模型如圖24所示公式，當(dāng)氣團(tuán)遇到障礙物時(shí)會(huì)觸發(fā)邊界條件，當(dāng)氣團(tuán)遇到障礙物時(shí)，由于障礙物表面對(duì)氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)有粘滯作用，所以氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)受到影響，應(yīng)進(jìn)行折減，λ為接觸速度折減系數(shù)，λ >1，可參考管線(xiàn)內(nèi)層流流體的拋物型速度分布曲線(xiàn)；運(yùn)動(dòng)方向變?yōu)?80°減F與障礙物表面交角，模型如圖25所示公式。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103544387SQ201310491053
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月20日
【發(fā)明者】趙東洋, 赫飛, 崔鐵軍, 吳迪, 吳作啟 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)