[发明专利]一种模拟重气在市内街道有风扩散的方法

权利要求书

1.一种模拟重气在市内街道有风扩散的方法，其特征在于，于细胞自动机(AC)-气团模型对其扩散进行了模拟，将气体的宏观扩散等效视为多个气团，使用细胞自动机生成气团的运动模型，将气团的特征表示为Qi(Vi0，xi，yi)，参考高斯模型确定影响半径D用以区分浓度梯度扩散Sd和自由扩散Sf，确定了风在街区内的强度分布，并构造了边界接触条件，假设了模拟的市内环境，使用该模型在风速u=0.75m/s状态下模拟氨气扩散，并研究了不同时刻风进入街区对扩散的影响；其包括如下步骤：确定影响半径D，气团自动机模型，ΔV的改变量的确定，风场分布的确定，边界接触条件，设定模型建立参数，进行模拟；本发明可用于市内街道布局复杂情况下有风作用的气体扩散分布模拟。

2.根据权利要求1所述的运动模型，其特征在于，利用细胞自动机模拟气团的扩散，主要的气团运动驱动力为气团的浓度梯度，即气团的运动向着浓度梯度减最快的方向运动；在浓度较高的区域，浓度梯度对扩散的方向和速度影响很大；当浓度下降到一定值后，扩散即为自由扩散。

3.根据权利要求2所述的气团的扩散，其特征在于，对气团的扩散过程中的特征，使用Qi(Vi0，xi，yi)表示，其中Qi表示第i个气团，Vi0表示第i个气团的运动速度m/s；xi和yi表示相对于扩散中心的气团的位置，单位m。

4.根据权利要求1所述的确定影响半径D，其特征在于，为区分浓度梯度作用下的扩散和自由扩散，要首先确定影响半径D，当两个气团的距离大于D时，认为气团间相互不作用，即两个气团之间显现自由扩散Sf；当两个气团的距离小于D时，认为气团间存在相互作用，即两个气团之间显现浓度梯度扩散Sd；模型如图18所示公式；D的确定可以根据高斯模型，假设某一浓度下气体之间不存在相互作用，解算高斯模型中的距离参数确定，即求解横风向距离y，模型如图19所示公式。

5.根据权利要求1所述的气团自动机模型，其特征在于，基于自动机的气团扩散模型的实质问题是确定每个气团在其他气团的影响下的运动方向和速率，模型如图20所示公式；当气团处于Sf时，其运动方向和速率基本取决于其上一时刻的运动方向和速率，并附加一定的随机变化，可以参考高斯模型中侧风向扩散系数δy，其表示在无风影响下的气体扩散特征，模型如图21所示公式；当气团处于Sd时，其运动方向和速率取决于其上一时刻的运动方向和速率，与本时刻周围其他气团对其作用的叠加，模型如图22所示公式。

6.根据权利要求1所述的ΔV改变量的确定，其特征在于，确定在影响半径D内的其他气团对第i个气团的影响，主要是判断ΔV的改变量，即考虑浓度梯度的情况下，ΔV方向的改变和大小的改变；由于假设气团的每个气体质量相同且内部均匀，所以主要考虑其他气团的上一时刻的速度和第i个气团与其他在D范围内的气团的距离d。

7.根据权利要求6所述的ΔV方向的改变，其特征在于，方向的改变通过距离d确定，基于气团的运动的改变为浓度梯度最大方向，d越近相互影响越强烈的原则，在以气团O为中心的半径为D的范围内，有5个气团A,B,C,D,O；现确定O在该时刻内速度的改变方向，根据d越相互影响越强烈的原则，取A、B、C、D相应的d的倒数，作为衡量作用大的无量纲标准，在A、B、C、D相应的d的指向O的延长线上按比例作A、B、C、D相应的d的倒数，作为方向的矢量SA、SB、SC、SD，并求矢量和F=SA*SB*SC*SD；综上可得矢量合成后的速度改变量的方向F=S1*S2*…*Sn，n为以气团O为中心的半径为D的范围内的气团的个数减1。