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专利号: 2022117031374
申请人: 浙江远算科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于计算流体力学的大气环境污染修复仿真方法,其特征在于,包括以下内容:

采集地形及建筑物数据以生成包括地形及建筑物的流场网格;

通过流场网格,以及大气流场数据,确定大气流场的风向、风速;

根据污染废气的排放源和排放量,选择污染修复手段,确定大气污染物及修复场景;

通过预先构建的流体力学仿真模型,并根据大气流场的风向、风速、大气污染物及修复场景,对修复后的大气污染物运动轨迹进行预测,推演大气污染物随风扩散的变化情况,实现大气环境污染修复仿真;

流体力学仿真模型包括气体污染物轨迹预测单元、悬浮颗粒物轨迹预测单元、修复模组;

气体污染物轨迹预测单元通过求解控制方程组以及组分扩散方程,得到气体污染物的浓度时空演变过程以及在使用修复手段之后的污染物浓度时空演变过程;

悬浮颗粒物轨迹预测单元通过求解控制方程组以及零阶随机方程组,并利用动量源项确定颗粒对连续相速度流场的影响,进行迭代耦合计算,得出悬浮颗粒物运动的流场;

修复模组包括防风网修复单元或/和植物修复单元或/和空气过滤修复单元;

控制方程组至少包括连续性方程、动量方程和能量方程;

连续性方程根据大气污染物的密度以及扩散速度进行构建;

动量方程根据大气污染物的扩散速度、密度、剪切力以及空气压强进行构建;

能量方程根据空气温度、大气污染的密度、扩散速度、热导率、等压比热容和冷却源项进行构建;

防风网修复单元包括以下内容:

对动量方程进行修正,得到更新后的动量方程,根据大气污染物的动量附加源项、密度、扩散速度、压强和剪切力进行构建;

动量附加源项包括粘性阻力带来的动量损失项和由惯性阻力带来的动量损失项,其根据大气污染物的粘性矩阵、惯性阻力系数的矩阵、粘度系数、大气污染物流体在某方向的流速、密度进行构建;

植物修复单元利用湍流控制方程组进行模拟计算;湍流控制方程组包括湍流动能方程和耗散率方程;

湍流动能方程根据大气污染物的密度、湍流动能、湍动能修正的附加源项以及耗散率进行构建;

耗散率方程根据大气污染物的密度、湍流动能、耗散率修正的附加源项以及耗散率进行构建;

植物修复单元的阻力系数根据叶表面密度和树冠层阻力系数进行计算;

湍动能修正的附加源项根据大气污染物的动量附加源项、绿化覆盖率、叶表面密度、树冠层阻力系数以及湍流动能进行构建;

耗散率修正的附加源项根据大气污染物的耗散率、湍流动能、动量附加源项、绿化覆盖率、叶表面密度、树冠层阻力系数以及用于控制树林中能量耗散过程的时间尺度的常数进行构建;

防风网修复单元采用多孔介质来描述防风网区域,并通过附加源项法对多孔介质的控制方程组进行修正,改变流体在防风网区域的速度、压力、湍流强度参数,以拟合真实的流动情况;

植物修复单元或/和空气过滤修复单元通过在修复地点添加组分源项吸收项,模拟空气过滤装置或修复植物对大气污染物的过滤或吸收效果。

2.如权利要求1所述的一种基于计算流体力学的大气环境污染修复仿真方法,其特征在于,流场网格的生成方法如下:将地形及建筑物数据转换为几何数据;

根据几何数据,计算网格尺寸,得到包括地形及建筑物的流场网格;

大气流场数据包括垂直方向上的温度、压强、空气密度、风向、风速;

大气污染数据包括大气污染物、排放量和排放源;

大气污染物为二氧化硫或/和氮氧化物或/和细颗粒物或/和可吸入颗粒物。

3.如权利要求1所述的一种基于计算流体力学的大气环境污染修复仿真方法,其特征在于,组分扩散方程根据大气污染物的质量平均密度、各组分的密度、各组分的质量含量、湍流粘度、扩散系数、流体的施密特数和吸收的源项进行构建;

湍流粘度根据大气污染物在一个大气压条件下零摄氏度的粘性系数、空气温度以及气体种类有关的常数进行计算;

其中,空气温度采用位温机制度量不同高度空气块所含的热量,以追溯气块的源地或者比较不同气块的冷暖状况;

位温机制的表达式根据大气污染物的常压、空气压强、等压比热容和干空气常数进行构建。

4.如权利要求1所述的一种基于计算流体力学的大气环境污染修复仿真方法,其特征在于,零阶随机方程组包括粒子受力平衡方程、单位质量阻力方程;

粒子受力平衡方程根据大气污染物的粒子速度、单位质量阻力、重力加速度、粒子密度、加速项以及大气污染物的密度进行构建;

单位质量阻力方程根据大气污染物的单位质量阻力、流体速度、空气动力学粒子直径、扩散速度、粒子密度以及粒子速度进行构建;

其中,流体速度根据大气污染物的平均扩散速度和瞬时随机波动速度进行计算;

瞬时随机波动速度根据一个正态分布的随机数和湍流动能进行计算。

5.一种基于计算流体力学的大气环境污染修复仿真方法,其特征在于,包括以下步骤:

第一步,采集地形及建筑物数据以生成包括地形及建筑物的流场网格;

第二步,根据第一步中的流场网格,以及大气流场数据,构建大气流场模型;

所述大气流场模型,用于描述大气流场的风向和风速;

第三步,在第二步中的大气流场模型中,根据大气污染数据,构建大气污染物扩散场景模型,用于仿真污染废气的排放源和排放量,得到污染废气数据;

第四步,构建污染场景模型,根据第三步中的污染废气数据,选择污染修复手段,确定大气污染物及修复场景;

第五步,根据第四步中的大气污染物及修复场景,构建流体力学仿真模型,用于推演大气污染物随风扩散的变化情况;

流体力学仿真模型包括气体污染物轨迹预测单元、悬浮颗粒物轨迹预测单元、修复模组;

气体污染物轨迹预测单元通过求解控制方程组以及组分扩散方程,得到气体污染物的浓度时空演变过程以及在使用修复手段之后的污染物浓度时空演变过程;

悬浮颗粒物轨迹预测单元通过求解控制方程组以及零阶随机方程组,并利用动量源项确定颗粒对连续相速度流场的影响,进行迭代耦合计算,得出悬浮颗粒物运动的流场;

修复模组包括防风网修复单元或/和植物修复单元或/和空气过滤修复单元;

控制方程组至少包括连续性方程、动量方程和能量方程;

连续性方程根据大气污染物的密度以及扩散速度进行构建;

动量方程根据大气污染物的扩散速度、密度、剪切力以及空气压强进行构建;

能量方程根据空气温度、大气污染的密度、扩散速度、热导率、等压比热容和冷却源项进行构建;

防风网修复单元包括以下内容:

对动量方程进行修正,得到更新后的动量方程,根据大气污染物的动量附加源项、密度、扩散速度、压强和剪切力进行构建;

动量附加源项包括粘性阻力带来的动量损失项和由惯性阻力带来的动量损失项,其根据大气污染物的粘性矩阵、惯性阻力系数的矩阵、粘度系数、大气污染物流体在某方向的流速、密度进行构建;

植物修复单元利用湍流控制方程组进行模拟计算;湍流控制方程组包括湍流动能方程和耗散率方程;

湍流动能方程根据大气污染物的密度、湍流动能、湍动能修正的附加源项以及耗散率进行构建;

耗散率方程根据大气污染物的密度、湍流动能、耗散率修正的附加源项以及耗散率进行构建;

植物修复单元的阻力系数根据叶表面密度和树冠层阻力系数进行计算;

湍动能修正的附加源项根据大气污染物的动量附加源项、绿化覆盖率、叶表面密度、树冠层阻力系数以及湍流动能进行构建;

耗散率修正的附加源项根据大气污染物的耗散率、湍流动能、动量附加源项、绿化覆盖率、叶表面密度、树冠层阻力系数以及用于控制树林中能量耗散过程的时间尺度的常数进行构建;

防风网修复单元采用多孔介质来描述防风网区域,并通过附加源项法对多孔介质的控制方程组进行修正,改变流体在防风网区域的速度、压力、湍流强度参数,以拟合真实的流动情况;

植物修复单元或/和空气过滤修复单元通过在修复地点添加组分源项吸收项,模拟空气过滤装置或修复植物对大气污染物的过滤或吸收效果;第六步,基于环境空气质量标准,构建修复评估模型,对第五步中的大气污染物随风扩散的变化情况进行修复评估,实现大气环境污染修复仿真。

6.一种基于计算流体力学的大气环境污染修复仿真系统,其特征在于,采用如权利要求1‑5任一所述的一种基于计算流体力学的大气环境污染修复仿真方法;

其包括大气流场模块、大气污染物扩散场景模块、污染场景模块、流体动力仿真模块和修复评估模块;

大气流场模块,用于描述大气流场的风向和风速;

大气污染物扩散场景模块,用于仿真污染废气的排放源和排放量,得到污染废气数据;

污染场景模块,用于根据污染废气数据,选择污染修复手段,确定大气污染物及修复场景;

流体动力仿真模块,用于推演大气污染物随风扩散的变化情况;

修复评估模块,用于对大气污染物随风扩散的变化情况进行修复评估,实现大气环境污染修复仿真。