[发明专利]一种基于Fluent模拟的油库罐区风场探测布点方法

说明书

一种基于Fluent模拟的油库罐区风场探测布点方法，通过确定油库罐区的基本参数及风速风向，然后构建自定义风速的函数，并根据油库罐区的基本参数，采用3D建模软件对油库罐区内的储罐、防火堤、隔堤进行建模；对模型进行非结构化网格划分，将网格文件导入Fluent求解器，并设置组分、计算模型、算法以及边界条件，在Fluent求解器内导入风速函数，初始化后开始对空气流动进行模拟，直到计算至收敛得到随时间动态变化的风场；根据实际测量的环境风向及Fluent模拟结果确定油库罐区内具体需要测量的位置点，本发明能够对自然风流经油库罐区时产生的风场进行模拟，可以根据模拟结果选取精确的油库罐区风场内具有特征的位置点。

技术领域

本发明涉及一种风场探测方法，具体是一种基于Fluent模拟的油库罐区风场探测布点方法，属于智能风场探测技术领域。

背景技术

油库罐区是指油库内用于储存原油的储罐放置区域，包括有用于储存原油的储罐、隔堤、防火堤。当自然风流经油库罐区时，由于储罐和隔堤的影响会产生特殊的流动现象，例如涡流，一般认为，泄漏物质的扩散与环境风场的布局具有高度相关性，风力将加剧蒸汽云的扩散运动，云团顺风移动；当储罐发生破损泄漏时，泄漏出的油气会在油库罐区风场的影响下进行蒸发扩散行为，风场不同位置风速的大小、涡流的形成都会对油气的扩散产生显著的促进或抑制作用，进一步影响到泄漏事故的后果。

从已经有的文献和实际案例可以得知，目前国内对油库罐区风场的相关研究主要是通过CFD(计算流体动力学)模拟的手段分析储罐罐体对风场的影响作用，未能结合实验手段进行验证以及进一步的探究，而进行实地的风场测量研究又面临着场地过大、不清楚应该测量的位置点等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Fluent模拟的油库罐区风场探测布点方法，能够对自然风流经油库罐区时产生的风场进行模拟，可以根据模拟结果选取精确的油库罐区风场内具有特征的位置点，并利用移动气象站设备对特征位置进行测量记录，为油库罐区内泄漏事故的风险把控提供一定的指导。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于Fluent模拟的油库罐区风场探测布点方法，包括以下步骤：

(1)确定油库罐区的基本参数，包括：油库罐区内储罐、防火堤、隔堤的分布及尺寸；当地风速和风向；

(2)构建自定义风速的函数，以实现不同垂直高度上风速大小的分布；风速函数用以下公式定义：

式中：V_z是给定高度z下的风速；

V₀是z₀高度下的风速；

α是一个无量纲参数，其值取决于大气稳定类别和表面粗糙度；

(3)根据步骤(1)中确定的油库罐区的基本参数，采用3D建模软件对油库罐区内的储罐、防火堤、隔堤进行1:1建模；

(4)对步骤(3)中的3D模型进行非结构化网格划分并对油库储罐周围网格进行加密以提升计算精度，当网格的尺寸扭曲率和角度扭曲率低于0.85则合格；

(5)将网格文件导入Fluent求解器，并设置组分、计算模型、算法以及边界条件，组分仅设置空气即可，大气压力设置为101kpa，求解模型采用Fluent求解器中的湍流模型，储罐、防火堤、隔堤、模型地面均设置为壁面边界条件，风速的大小和风向根据实际情况而定；

(6)在Fluent求解器内导入风速定义函数，将模拟初始化后开始对空气流动进行模拟，直到计算至收敛得到随时间动态变化的风场，当残差值低于0.0001则为收敛；

(7)根据动态风场的模拟结果分析风场中风速明显高于环境风速或低于环境风速以及风向波动较大的点；确定好需要测量的特征位置后，根据位置坐标在现场布置移动气象站监测设备，用来测量风速；