[发明专利]一种氢气泄漏在线检测的仿真方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，更确切的是涉及一种氢气泄漏在线检测的仿真方法及系统。

背景技术

能源危机的影响已经逐渐深入到人类生活各个层面。对于新能源的探索工作，正越来越吸引着世界各地的研究者投入其中。氢气、燃料电池风能、太阳能等被作为新世纪重要的能源发展方向，各国都投入大量的人力和物力来发展相关的新能源设备，一场以新能源为契机的“第四次科技革命”正在袭来。

氢气清洁、高效，是传统的化石燃料的重要替代能源，然而氢气应用之路却并不平坦。氢气易燃易爆、危险性高，同时又无色无味、不便观测，当泄露发生后，现场的氢气浓度不可预知，仅靠数量有限的探头很难对全局的危险程度做出评估。另外氢气的存在还会影响到储氢材料的物理性能，这也会增加了其应用的难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种能对储氢设备发生的氢气泄漏进行快速定位，并进行实时仿真，实时描绘出储氢设备周围的氢气分布状况，以指导救援工作开展的氢气泄漏在线检测的仿真方法，本发明同时提供实现该在线检测仿真方法的仿真系统。

为解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是提供一种氢气泄漏在线检测的仿真方法，包括：实时检测氢气存储、传输设备周围的氢气浓度；当检测的氢气浓度大于所设的阈值时，通过全景摄像头确认裂缝的大小形状并形成初始边界条件进行系统仿真，模拟出当前设备周围的空气成分，给出氢气分布情况和流向；结合设备的材料属性，通过计算仿真程序估算出裂缝的发展情况。

进一步的，上述仿真方法是依据传感器网络实时反馈的数据为初始边界条件，利用仿真计算机进行在线并行仿真分析，包括下列步骤：

建立模型：根据储氢设备外形建立IGS格式的三维模型，然后用四面体元素对该三维模型进行非结构网格划分；

区域分解：将上一步生成的三维模型进行区域分解(Domain Decomposition)，产生和并行计算与系统处理器数目相同个数的子文件，以便进行并行仿真计算之需；

计算仿真：通过传感器控制器判断氢气浓度是否超过设定的阈值，如果超过就将数据反馈给仿真计算机的守护进程；守护进程启动全景摄像头确认裂缝的大小形状并形成初始边界条件，然后并行区域分解法求解控制方程进行计算仿真；

合并分块：对并行区域分解产生的多个计算子结果进行合并，产生三维模型整体的计算结果；

可视化：采用INP数据格式来存储计算结果；通过可视化明确事故发生现场当前的氢气分布状况，并对储氢设备的裂缝发展情况进行仿真模拟。

进一步的，所述氢气浓度的检测采用Boussinesq对动量守恒方程右端的外力项进行近似，方程如下：

f=(1-ρρair)g,]]>

其中

f为密度正则化后的外力[m/s²]；

ρ为混合气体密度[kg/m³]；

ρ_air为空气密度[kg/m³]，其计算公式为：

ρ=Pm[CRH2+(1-C)Rair]Tm,]]>

其中

f为密度正则化后的外力[m/s²]；