[发明专利]一种基于网格化毒气扩散模拟的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工园区毒气扩散研究，特别是涉及基于网格化毒气扩散模拟的方法。 

背景技术

城市化工园区生产、储存、运输着大量易燃、易爆、有毒的危险化学品。园区内化学储罐多，种类繁杂，安全性脆弱，一旦发生泄漏事故，大量的有毒、易挥发、易燃性物质迅速释放到大气中，会形成气云并逐渐扩散，将对周围人员和环境造成巨大危害。更严重的是，有毒有害物质可能在很低的浓度下就会对人体造成伤害，从而酿成重大事故, 据统计2000年到2008年间，公安消防部分参与处置的化学灾害事故35438起，平均每周处置75起、每天处置11起。 

目前，对化学工业园区有毒有害物扩散造成重特大事故的研究，主要集中在环境条件相对固定的单一危险源有害物质扩散区域浓度分析，而对由于单个储罐火灾爆炸事故诱发的多米诺连锁事故研究相对较少。基于以上考虑，重点研究多危险源事故期间，在泄漏量、环境平均风速、泄漏时间、有效源高、环境稳定等级及风向等影响因素耦合作用条件下，区域内有害物质连续扩散浓度分布情况。运用Matlab技术，研究多因素多储罐高斯烟团模型的修正问题，通过模型修正设计、分析、叠加等技术手段，找出灾变时期储罐区域有毒有害物质浓度分布规律，实现对整个区域进行合理规划设计，达成有效的事故应急救援方案。 

发明内容

针对化工园区毒气泄漏问题，对于其模拟方面存在的问题，本发明提出一种基于网格化毒气扩散模拟的方法。 

1.       网格划分理论及高斯烟团模型改造 

化工园区有害物扩散浓度模拟的目的是给出区域内各位置有害物浓度大小。为计算需要，将研究区域进行网格化，即将评价区域划分成等步长正方形网格，以m×n二矩阵表示这个笛卡尔坐标系下二维空间。首先计算区域内各单元的有害物浓度，然后进行叠加，其余网格坐标值[x,y]通过离散与内插计算得到。对于步长的选择可根据区域大小、制图精度和实际需要等进行调整。一般步长选择25～300m较为合适，步长的大小直接影响评价结果的精度，步长越小则精度越高，但计算相对耗时。

基础模型为高斯烟团模型为瞬时泄漏模型,其数学模型为： 

  (1)

式中，x,y,z分别为距区域中心点的距离，单位m；C为泄漏物质在大气中的摩尔百分比浓度(mg/m³)；Q为泄漏量(kg)；u为环境平均风速(m/s)；t为泄漏时间(s)；H为有效源高(m)；x、y、z为预测点坐标(m)；δx、δy、δz分别为x、y、z方向上的扩散系数(m)。

使用的计算瞬时泄漏的公式是对公式1进行改造，具体方法通过编程实现，公式说明如下： 

               (2)

式中，与上式字母相同的含义相同；EC表示环境稳定等级，可按风速的大小划分为A-F6个等级；IA表示下风向与分析区域X轴正向的夹角；表示泄漏量的返回值，该返回值对应在该泄漏过程后分析区域每个网格内的有害物质浓度，研究区域为正方形，m=n。

2.       有害物连续性扩散算法 

对于单一危险源泄漏的解决方案：设某一时段t₁，设不变，那么对于单一泄漏源A运用公式（2）可得到经过时段t₁后的。在下一时段t₂时，如果其中之一有变化，那么对于继续泄漏的单一危险源A重新根据公式（2）计算，得到。但是在t₂时间段内，中每个单元内的有害气体在u, EC, IA, H条件下都产生扩散，在这种情况下设

得到扩散后的有害物的浓度矩阵。

故此，在t₂时段末时刻，单一危险源A造成该研究区域内有害物浓度矩阵为 

以此类推，可通过计算时段t3的和得到

=+

对于多个危险源泄漏，可看作由于多米诺效应，次生新的泄漏点。新的泄漏源的有害物泄露浓度融入原始泄漏浓度中。

在上数情况下，t₃时间段初期，有新危险源B开始泄漏，计算。经过该时间段后的研究区域泄漏浓度为 

t₄时间段结束后的浓度

++=

附图说明