[发明专利]一种储液罐水动力性能数字孪生评估系统及其方法

权利要求书

1.一种储液罐水动力性能数字孪生评估系统，其特征在于，包括以下模块：

由实物数据采集模块（1-1）、相似物理模型测试模块（1-2）以及储液罐数值模拟模块（1-3）组成的数字孪生模型模块（15）；所述的实物数据采集模块（1-1）用于获取需要采集实际服役中的工程储液容器压力、位移、液面变化、温度四个参数在外界环境作用下的变化过程；所述的相似物理模型测试模块（1-2）用于根据实物储罐的几何尺寸并采用弗劳德重力相似准则进行相似处理；所述的储液罐数值模拟模块（1-3）采用开源计算流体力学软件OpenFOAM进行建模，并保证建模中各个参数和条件应与实物储液罐保持一致；

联合运用基于OpenFOAM开源计算流体力学代码的数值模拟计算方法、物理模型实验方法和机器学习预测方法共同计算分析，计算结果随时停止，并获得停止时间节点此时的储罐内压力、流速、液位数据结果，将上述结果与实测结果进行对比，如需要更新数据，将实测结果作为数值计算模型下一步计算的初始条件作为输入量继续进行计算储罐内压力、流速、液位数据的水动力性能计算模块（16）；

对实物、数值模型、试验模型和机器学习模型输出的压力、位移、液面变化、温度四个主要参数进行分类收集，并通过水动力性能计算模块（16）综合各模型输出结果对数据进行整理、储存，然后将采集分类的数据在相同时刻进行交互映射，对同一时刻不同模型数据进行对比修正，在完成上述交互过程后，进行数据反馈，并清理冗余的不准确数据后完成特征提取的数据采集与交互模块（17）；

对影响储罐的安全性能的各项参数进行性能曲线绘制和可视化输出，进一步分析在不同环境载荷作用下储液罐水动力性能的变化规律，得出储液罐振动模态和应力集中位置，然后对储液罐性能在载荷变化下可能造成的风险、事故进行预测，并对由于时间推移和外载荷作用造成的已发生的故障进行回溯分析，从而明确故障发生原因的性能评估与诊断预测模块（18），其中，所述的数字孪生模型模块（15）、水动力性能计算模块（16）、数据采集与交互模块（17）以及性能评估与诊断预测模块（18）依次链接，且数据采集与交互模块（17）还与数字孪生模型模块（15）链接。

2.一种储液罐水动力性能数字孪生评估方法，包括采用权利要求1所述的一种储液罐水动力性能数字孪生评估系统，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、孪生模型构建步骤，所述的孪生模型构建包括储液罐实物的数据获取步骤，相似物理模型构建步骤和储液罐数值建模步骤；

S2、水动力性能计算步骤，所述的水动力性能计算步骤包括基于OpenFOAM开源计算流体力学代码的数值计算步骤、基于水动力试验的物理模型试验分析步骤以及基于机器学习的神经网络模型计算步骤；

S3、利用不同类型传感器的数据采集结果作为实测数据与水动力性能计算结果进行交互的步骤；

S4、将S3步骤采集的数据采集结果通过内部预制程序进行输入，由相关分析算法进行后处理，以窗口界面将相关数据以图表的形式经过统计分析后展现出来，以时域或频域分析作为分析内容，对相关参数进行交互后的数据对比，分析其可能存在的不同点，然后通过获取的结果进行性能评估、风险预测和故障诊断的过程。

3.根据权利要求2所述的一种储液罐水动力性能数字孪生评估方法，其特征在于，在步骤S1中，所述储液罐实物的数据获取步骤如下：通过采集实际服役中的工程结构压力、位移、液位、温度四个参数在外界环境作用下的变化过程，采样频率和采样总量应具有充分的时间跨度，一般样本数据周期应不小于6个月，采样频率不超过30分钟，且在采集过程前需要对实物储罐的基础材料也进行一次性收集。

4.根据权利要求2所述的一种储液罐水动力性能数字孪生评估方法，其特征在于，在步骤S1中，所述相似物理模型构建步骤是根据实物储罐的几何尺寸进行相似处理，主要步骤如下：采用弗劳德重力相似准则，对模型中的相关参数采用弗劳德准数比例进行缩放，同时在建模过程中以模型材料、储罐内液体属性相似为前提，保证数值模型建模中的各个参数与实物储液罐保持一致，最后采用OpenFOAM进行建模。