[发明专利]液氢泄露扩散范围的预测方法及系统

说明书

本发明公开了一种液氢泄露扩散范围的预测方法及系统，涉及液氢扩散预测技术领域，解决了现有技术不能准确推导液氢泄露后空气中氢气浓度的时空分布特征的技术问题，其技术方案要点是通过对液氢泄露处的温度T和液氢泄漏质量m进行测量；根据液氢泄露后是否形成液池将液氢蒸发分为连续蒸发和瞬时蒸发；构建瞬时蒸发扩散模型和连续蒸发扩散模型；根据所述瞬时蒸发扩散模型和所述连续蒸发扩散模型对液氢泄露扩散范围进行预测，并根据预测发出预警，从而能够降低液氢泄露的风险。

技术领域

本公开涉及液氢扩散预测技术领域，尤其涉及一种液氢泄露扩散范围的预测方法及系统。

背景技术

氢能作为一种高效清洁的能源，是未来可替代能源的理想选择。综合比较几种氢能的储存方式，液氢是一种能量密度最高且较为经济的方法，但由于液氢的低温、易爆、易扩散的特点，一旦液氢发生泄露，由于其低温性会迅速汽化，产生大量氢气，在较大范围内可能导致严重的安全事故。液氢泄露检测是加氢站应急管理的关键环节，及时、准确的提供氢气浓度数据有利于在液氢发生泄露后尽可能控制风险。在加氢站附近设置风险区，风险区域内严格控制用火及各类设备的使用，能有效减少因液氢泄露而引发爆炸事故的概率。因此对液氢泄露蒸发扩散范围进行预测，判断周围区域是否达到爆炸极限浓度，对控制液氢泄露事故的风险、降低人身和财产安全风险至关重要。

对于泄露范围的预测，现有的方法存在理论模型过于简化不能与实际工况相匹配，难以准确预测液氢泄露蒸发扩散范围以及氢气浓度随扩散时间的变化，也就难以获得危险评价范围并快速做出应急响应。

发明内容

本公开提供了一种液氢泄露扩散范围的预测方法及系统，其技术目的是根据液氢泄露时是否形成液池将液氢蒸发分为瞬时蒸发和连续蒸发，并建立了不同的液氢蒸发扩散模型，推导液氢泄露后空气中氢气浓度的时空分布特征，预测氢气爆炸危险区域并对超出安全阈值的范围进行警报。

本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种液氢泄露扩散范围的预测方法，包括：

对液氢泄露处的温度T和液氢泄漏质量m进行测量；

根据液氢泄露后是否形成液池将液氢蒸发分为连续蒸发和瞬时蒸发；其中，所述瞬时蒸发表示液氢泄露但未形成液池时氢气的扩散范围，所述连续蒸发表示液氢泄露且已形成液池时氢气的扩散范围；

构建瞬时蒸发扩散模型和连续蒸发扩散模型；

若未形成液池则根据所述瞬时蒸发扩散模型对液氢泄露扩散范围进行预测，若形成液池则根据所述连续蒸发扩散模型对液氢泄露扩散范围进行预测；

其中，所述瞬时蒸发扩散模型的构建包括：

在任意半径的半球体内选取一单元体作为控制体，所述半球体在氢气扩散范围之内；

根据菲克扩散定律建构建所述控制体的质量守恒方程；

通过无量纲分析对氢气浓度与扩散系数、时间、液氢泄露质量的关系进行分析，获得氢气浓度与各因素的无量纲关系式；

将所述质量守恒方程与所述无量纲关系式结合，得到所述瞬时蒸发扩散模型：其中，c(r,t)即表示氢气浓度分布，m表示液氢泄露质量，D表示氢气扩散系数，r表示氢气扩散半径，t表示时间。

一种液氢泄露扩散范围的预测系统，包括：

数据采集模块，用于获取液氢泄露处的温度T和液氢泄漏质量m；

划分模块，用于根据液氢泄露后是否形成液池将液氢蒸发分为连续蒸发和瞬时蒸发；其中，所述瞬时蒸发表示液氢泄露但未形成液池时氢气的扩散范围，所述连续蒸发表示液氢泄露且已形成液池时氢气的扩散范围；