CN113780690B - 一种基于cfd软件技术的环境风险评估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统,所述环境风险评估系统包括环境数据获得模块、环境数据模拟模块、设备影响分析模块和远程控制模块;所述环境数据获得模块用于获取工厂生产环境中的气体数据和设备工作时的数据;所述环境数据模拟模块用于根据气体在空气中的扩散状态和流向状态的变化,通过CFD软件技术对气体状态进行模拟;所述设备影响分析模块用于根据所获取的气体数据对未来时间点的气体数据进行预测,根据所预测的气体数据,分析气体数据对设备的影响并进行评估;所述远程控制模块用于监测气体的数据状态,并及时预警;相比于现有技术,本发明提高了对设备影响的精准性,不会随意导致设备的停止运行,保证了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及生产环境分析技术领域,具体为一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统及方法。
背景技术
CFD软件技术主要用于解决工程问题中的流体问题或者传热问题。
经过数据调查发现,越来越多的设备在建造期间发生故障异常,导致设备会在生产制造阶段受到气体的影响,致使部分设备很容易引起故障,因此,可以通过CFD软件技术对生产环境中的气体流动进行分析,CFD软件技术能够对风环境实验中的流动场景进行模拟,能够采用可视化工具对生产环境中的气体流动进行展示;
经检索,发现两篇中国专利文件:第一个专利文件的申请号为:CN201610579490.4,公开了“一种基于CFD数值模拟的高空露天平台行人风环境评估方法”,公开日为:2016.12.2;第二个专利文件的申请号为:CN201310435898.0,公开了“腐蚀性气体对数据中心设备影响的实时评估系统及方法”,其公开日为:2014.1.1,其中展示了CFD软件技术的应用,进而分析出流动气体对设备或者行人的影响,通过CFD软件技术中数值的模拟了解到流动气体满足设定条件;但是由于在风场环境下,气体的流速在风场的条件下也会实时受到变化,进而生产中设备也会受到不同程度的影响,并不能够因气体短暂性的变化即能够分析出设备受到的影响,如果通过此方法分析出设备或者行人受到的影响,反而确定的精准性并不高,如果即因此停止正在工作中的设备,将会导致工厂内生产效率不达标;因此,需要考虑多种因素来评判生产环境中工作设备受到的影响;
而中国专利文件CN201610579490.4和CN201310435898.0虽然通过了不同的评估方法对设备或者行人受到的影响进行评估,但是并未结合实际环境中的气流状态变化,虽然避免了行人或者设备受到影响,但是同样带来一些弊端。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统及方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统,所述环境风险评估系统包括环境数据获得模块、环境数据模拟模块、设备影响分析模块和远程控制模块;
所述环境数据获得模块用于获取工厂生产环境中的气体数据和设备工作时的数据;
所述环境数据模拟模块用于根据气体在空气中的扩散状态和流向状态的变化,通过CFD软件技术对气体状态进行模拟;
所述设备影响分析模块用于根据所获取的气体数据对未来时间点的气体数据进行预测,根据所预测的气体数据,分析气体数据对设备的影响并进行评估;
所述远程控制模块用于监测气体的数据状态,并及时预警;警示工作人员及时关注设备工作时的状态;
所述远程控制模块与环境数据获得模块、环境数据模拟模块、设备影响分析模块相连接。
进一步的,所述环境数据获得模块包括生产环境数据获取单元、传感器数据提取单元和二维模型建立单元;
所述生产环境数据获取单元用于获取工厂内指定区域中风扇和设备工作的位置信息,并将信息输送至二维模型建立单元;
所述传感器数据提取单元用于获取在工厂内指定区域中所安装的气体传感器和气体浓度传感器的信息,得到气体信息和气体传播时浓度信息;进而分析出气体数据对设备的影响情况;
所述二维模型建立单元用于根据风扇、设备位置和气体流向建立二维模型;
所述二维模型建立单元的输出端与生产环境数据获取单元和传感器数据提取单元的输入端相连接。
进一步的,所述环境数据模拟模块包括第一气体模拟单元和第二气体模拟单元;
所述第一气体模拟单元用于根据CFD软件技术对气体在空气中的流向进行模拟,并将模拟结果输送至远程控制模块;
所述第二气体模拟单元用于根据CFD软件技术对气体在空气中横向与纵向时的扩散状态进行模拟;
所述第一气体模拟单元的输出端与第二气体模拟单元的输入端相连接。
进一步的,所述设备影响分析模块包括吹风流向获取单元、气体流向预测单元、影响概率评估单元和设备迁移单元;
所述吹风流向获取单元用于在风扇的工作状态分析空气中气体的流向方向,并将气体流向方向输送至气体流向预测单元;
所述气体流向预测单元用于对气体在空气中的流向方向进行预测,并将预测结果输送至影响概率评估单元;
所述影响概率评估单元用于根据气体在空气中的状态,分析气体对工厂内设备的影响进行评估;
所述设备迁移单元用于根据气体对设备的影响,将设备进行迁移;从而防止气体对设备产生影响,减小设备工作时的寿命;
所述气体流向预测单元的输出端与气体流向预测单元的输入端相连接,所述气体流向预测单元的输出端与影响概率评估单元的输入端相连接;所述影响概率评估单元的输出端与设备迁移单元的输入端相连接。
进一步的,所述远程控制模块包括数据接收单元、数据比较单元、可视化展示单元和报警单元;
所述数据接收单元用于接收气体的流向和扩散数据,并将数据输送至数据比较单元中;
所述数据比较单元用于将气体在风扇吹风作用下对设备的影响概率与气体对设备的预设标准影响概率相比较,得到比较结果;
所述可视化展示单元用于将气体的流向和扩散程度进行可视化;
所述报警单元用于接收到对比结果大于预设值时进行报警;
所述可视化展示单元的输出端与数据比较单元、数据接收单元和报警单元的输入端相连接。
所述评估方法包括如下步骤:
S1:获取工厂中指定区域内风扇的状态、位置信息与指定区域内设备的位置信息;
S2:使用气体传感器和气体浓度传感器获取指定区域内气体数据和气体浓度数据;
S3:根据步骤S1中的风扇位置和设备位置以及步骤S2中的气体数据建立二维模型;
S4:使用CFD软件技术分别对工厂内生产环境下的气体流动进行模拟以及对工厂内生产环境下气体扩散程度进行模拟;
S5:分析在风扇工作状态下,对气体未来时间段的运动状态数据进行预测;
S6:分析气体对生产环境中设备的影响进行评估,得到设备受气体影响的概率。
在步骤S3-S5中,获得在二维模型中风扇的位置为W,通过CFD软件技术获取气体流
动时的模拟状态并将气体流动时的变化通过函数曲线表示,具体为;获
得风扇当前的功率P,若检测到功率P>PR,则通过CFD软件技术获取风扇向气体作用时的方
向,根据风扇向气体作用时的方向建立方向直线,将该方向直线进行延长,直到方向直线上
任意一点与函数曲线上的点相交,将该方向直线与函数曲线中相交的点建立直线延长线,
获取直线延长线上的任意一点,根据延长线上的任意一点建立直角坐标系,得到直线延长
线与横轴形成的夹角β;根据公式:
其中,ML是指风扇与直线延长线上任意一点之间的距离,MK是指直线延长线上任
意一点与风扇所在位置的垂直距离,Y是指气体在不同时间点流动时的纵坐标,x是指气体
自不同时间点流动时的横坐标,是指曲线的系数,PR是指预设功率值;
则所预测的未来时间点气体流动模拟状态为根据直线延长线与横轴形成的夹角β度,进而得到函数曲线中下一个时间点的位置。
在步骤S6中,建立二维模型,获取设备的位置信息并记为H,通过气体浓度传感器获得气体的浓度高于预设浓度值时,得到气体在每隔相同时间点向外扩散的幅度为r,若通过气体传感器检测到气体为有害气体时,分析气体对设备的影响并进行评估;
获取设备在二维模型中形成的面积并记作为S,若检测到气体扩散并影响了设备所在面积的一半,则气体对设备的影响概率值高于预设概率值,需要在时间T内迁移设备远离气体的扩散范围;若检测到气体扩散方向与设备所在位置相反,则设备无需迁移;
Q是指气体在空气中扩散时的实时位置,T是指时间。
所述影响概率的计算方式如下:
设定设备在二维模型中的面积为S,将设备面积平均分成n等份,则影响概率具体为G;
所述气体包括腐蚀性气体、可燃气体。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:
本发明通过CFD软件技术与气体传感器与气体浓度传感器对气体在空气中的程度进行模拟,实时掌握了空气中气体对生产环境中设备的影响程度,相比于现有技术,本发明提高了对设备影响的精准性,不会随意导致设备的停止运行,保证了生产效率;
本发明通过历史数据中气体在空气中的变化,对未来时间段气体在空气中的变化进行合理预测,通过此方法能够提前判断出空气中气体的流向和扩散程度,进而能够提前预测出对设备是否会产生影响,从而保证设备的合理使用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统及方法的步骤示意图;
图2是本发明一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统及方法的模块组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2,本发明提供技术方案:
一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统,所述环境风险评估系统包括环境数据获得模块、环境数据模拟模块、设备影响分析模块和远程控制模块;
所述环境数据获得模块用于获取工厂生产环境中的气体数据和设备工作时的数据;
所述环境数据模拟模块用于根据气体在空气中的扩散状态和流向状态的变化,通过CFD软件技术对气体状态进行模拟;
所述设备影响分析模块用于根据所获取的气体数据对未来时间点的气体数据进行预测,根据所预测的气体数据,分析气体数据对设备的影响并进行评估;
所述远程控制模块用于监测气体的数据状态,并及时预警;警示工作人员及时关注设备工作时的状态;
所述远程控制模块与环境数据获得模块、环境数据模拟模块、设备影响分析模块相连接。
进一步的,所述环境数据获得模块包括生产环境数据获取单元、传感器数据提取单元和二维模型建立单元;
所述生产环境数据获取单元用于获取工厂内指定区域中风扇和设备工作的位置信息,并将信息输送至二维模型建立单元;
所述传感器数据提取单元用于获取在工厂内指定区域中所安装的气体传感器和气体浓度传感器的信息,得到气体信息和气体传播时浓度信息;进而分析出气体数据对设备的影响情况;
所述二维模型建立单元用于根据风扇、设备位置和气体流向建立二维模型;
所述二维模型建立单元的输出端与生产环境数据获取单元和传感器数据提取单元的输入端相连接。
进一步的,所述环境数据模拟模块包括第一气体模拟单元和第二气体模拟单元;
所述第一气体模拟单元用于根据CFD软件技术对气体在空气中的流向进行模拟,并将模拟结果输送至远程控制模块;
所述第二气体模拟单元用于根据CFD软件技术对气体在空气中横向与纵向时的扩散状态进行模拟;
所述第一气体模拟单元的输出端与第二气体模拟单元的输入端相连接。
进一步的,所述设备影响分析模块包括吹风流向获取单元、气体流向预测单元、影响概率评估单元和设备迁移单元;
所述吹风流向获取单元用于在风扇的工作状态分析空气中气体的流向方向,并将气体流向方向输送至气体流向预测单元;
所述气体流向预测单元用于对气体在空气中的流向方向进行预测,并将预测结果输送至影响概率评估单元;
所述影响概率评估单元用于根据气体在空气中的状态,分析气体对工厂内设备的影响进行评估;
所述设备迁移单元用于根据气体对设备的影响,将设备进行迁移;从而防止气体对设备产生影响,减小设备工作时的寿命;
所述气体流向预测单元的输出端与气体流向预测单元的输入端相连接,所述气体流向预测单元的输出端与影响概率评估单元的输入端相连接;所述影响概率评估单元的输出端与设备迁移单元的输入端相连接。
进一步的,所述远程控制模块包括数据接收单元、数据比较单元、可视化展示单元和报警单元;
所述数据接收单元用于接收气体的流向和扩散数据,并将数据输送至数据比较单元中;
所述数据比较单元用于将气体在风扇吹风作用下对设备的影响概率与气体对设备的预设标准影响概率相比较,得到比较结果;
所述可视化展示单元用于将气体的流向和扩散程度进行可视化;
所述报警单元用于接收到对比结果大于预设值时进行报警;
所述可视化展示单元的输出端与数据比较单元、数据接收单元和报警单元的输入端相连接。
所述评估方法包括如下步骤:
S1:获取工厂中指定区域内风扇的状态、位置信息与指定区域内设备的位置信息;
S2:使用气体传感器和气体浓度传感器获取指定区域内气体数据和气体浓度数据;
S3:根据步骤S1中的风扇位置和设备位置以及步骤S2中的气体数据建立二维模型;
S4:使用CFD软件技术分别对工厂内生产环境下的气体流动进行模拟以及对工厂内生产环境下气体扩散程度进行模拟;
S5:分析在风扇工作状态下,对气体未来时间段的运动状态数据进行预测;
S6:分析气体对生产环境中设备的影响进行评估,得到设备受气体影响的概率。
在步骤S3-S5中,获得在二维模型中风扇的位置为W,通过CFD软件技术获取气体流
动时的模拟状态并将气体流动时的变化通过函数曲线表示,具体为;获
得风扇当前的功率P,若检测到功率P>PR,则通过CFD软件技术获取风扇向气体作用时的方
向,根据风扇向气体作用时的方向建立方向直线,将该方向直线进行延长,直到方向直线上
任意一点与函数曲线上的点相交,将该方向直线与函数曲线中相交的点建立直线延长线,
获取直线延长线上的任意一点,根据延长线上的任意一点建立直角坐标系,得到直线延长
线与横轴形成的夹角β;根据公式:
其中,ML是指风扇与直线延长线上任意一点之间的距离,MK是指直线延长线上任
意一点与风扇所在位置的垂直距离,Y是指气体在不同时间点流动时的纵坐标,x是指气体
自不同时间点流动时的横坐标,是指曲线的系数,PR是指预设功率值;
则所预测的未来时间点气体流动模拟状态为根据直线延长线与横轴形成的夹角β度,进而得到函数曲线中下一个时间点的位置;
在上述过程中,通过夹角β的计算能够分析出,在下一个时间点中函数的变化曲线,从而能够及时预防出气体对设备的影响,由于气体在空气中是不可见的(不包括明显能够观察到的气体颜色),设置了CFD软件技术与数据可视化对气体的状态进行分析,因此通过上述的方法能够预测出气体的变化;如果上述方法替换成例如最小二乘法或者其他方法进行分析,都是通过历史数据中的多个数据的变化进而得到未来数据值,通过所列举的方法得到未来数据,得到的数据将会产生偏差,并不精准;而使用本方法只是使用了前一个数据作为分析点,所预测的精准度将会大大提高。
在步骤S6中,建立二维模型,获取设备的位置信息并记为H,通过气体浓度传感器获得气体的浓度高于预设浓度值时,得到气体在每隔相同时间点向外扩散的幅度为r,若通过气体传感器检测到气体为有害气体时,分析气体对设备的影响并进行评估;
获取设备在二维模型中形成的面积并记作为S,若检测到气体扩散并影响了设备所在面积的一半,则气体对设备的影响概率值高于预设概率值,需要在时间T内迁移设备远离气体的扩散范围;若检测到气体扩散方向与设备所在位置相反,则设备无需迁移;
Q是指气体在空气中扩散时的实时位置,T是指时间;
由于空气中的气体在流过之后,会在风扇的作用下进行扩散,因此为了避免扩散后的气体对设备产生多次影响,提供了时间的分析方式保证设备能够及时移走,确保设备的安全,不会影响工厂内的生产效率。
所述影响概率的计算方式如下:
设定设备在二维模型中的面积为S,将设备面积平均分成n等份,则影响概率具体为G;
由于气体对设备不同程度的影响,会造成不同的后果,因此在上述公式中设置了公式能够将设备进行等分,得到气体对设备切割成不同面积时的影响程度,因此通过上述公式能够实时分析出设备的影响情况,确保设备的安全性。
所述气体包括腐蚀性气体、可燃气体。
实施例:通过CFD软件技术对气体流动模拟状态通过函数曲线表示,具体为;获得风扇当前的功率P,若检测到功率P>PR,则通过CFD软件技术获
取风扇向气体作用时的方向,根据风扇向气体作用时的方向建立方向直线,将该方向直线
进行延长,直到方向直线上任意一点与函数曲线上的点相交,其中该点位置为(18,290),获
取直线延长线上的任意一点,所选取点的位置为(46,154),根据该点建立直角坐标系,将该
方向直线与函数曲线中相交的点建立直线延长线,获取直线延长线上的任意一点,根据延
长线上的任意一点建立直角坐标系得到该点与横轴形成的夹角β,所选取点的位置为(46,
154),其中风扇的位置为(12,360);根据公式:
其中,ML是指风扇与直线延长线上任意一点之间的距离,MK是指直线延长线上任
意一点与风扇所在位置的垂直距离,Y是指气体在不同时间点流动时的纵坐标,x是指气体
自不同时间点流动时的横坐标,是指曲线的系数,PR是指预设功率值;
根据前一个时间点向风扇吹动方向的夹角为β=9.5,进而得到函数曲线中下一个时间点的位置。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统,其特征在于:所述环境风险评估系统包括环境数据获得模块、环境数据模拟模块、设备影响分析模块和远程控制模块;
所述环境数据获得模块用于获取工厂生产环境中的气体数据和设备工作时的数据;
所述环境数据模拟模块用于根据气体在空气中的扩散状态和流向状态的变化,通过CFD软件技术对气体状态进行模拟;
所述设备影响分析模块用于根据所获取的气体数据对未来时间点的气体数据进行预测,根据所预测的气体数据,分析气体数据对设备的影响并进行评估;
所述远程控制模块用于监测气体的数据状态,并及时预警;
所述远程控制模块与环境数据获得模块、环境数据模拟模块、设备影响分析模块相连接;
所述设备影响分析模块包括吹风流向获取单元、气体流向预测单元、影响概率评估单元和设备迁移单元;
所述吹风流向获取单元用于在风扇的工作状态下分析空气中气体的流向方向,并将气体流向方向输送至气体流向预测单元;
所述气体流向预测单元用于对气体在空气中的流向方向进行预测,并将预测结果输送至影响概率评估单元;
所述影响概率评估单元用于根据气体在空气中的状态,分析气体对工厂内设备的影响进行评估;
所述设备迁移单元用于根据气体对设备的影响,将设备进行迁移;
所述气体流向预测单元的输出端与气体流向预测单元的输入端相连接,所述气体流向预测单元的输出端与影响概率评估单元的输入端相连接;所述影响概率评估单元的输出端与设备迁移单元的输入端相连接;
所述环境数据模拟模块包括第一气体模拟单元和第二气体模拟单元;
所述第一气体模拟单元用于根据CFD软件技术对气体在空气中的流向进行模拟,并将模拟结果输送至远程控制模块;
所述第二气体模拟单元用于根据CFD软件技术对气体在空气中横向与纵向时的扩散状态进行模拟;
所述第一气体模拟单元的输出端与第二气体模拟单元的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统,其特征在于:所述环境数据获得模块包括生产环境数据获取单元、传感器数据提取单元和二维模型建立单元;
所述生产环境数据获取单元用于获取工厂内指定区域中风扇和设备工作时的位置信息,并将信息输送至二维模型建立单元;
所述传感器数据提取单元用于获取在工厂内指定区域中所安装的气体传感器和气体浓度传感器的信息,得到气体信息和气体传播时浓度信息;
所述二维模型建立单元用于根据风扇、设备位置和气体流向建立二维模型;
所述二维模型建立单元的输出端与生产环境数据获取单元和传感器数据提取单元的输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于CFD软件技术的环境风险评估系统,其特征在于:所述远程控制模块包括数据接收单元、数据比较单元、可视化展示单元和报警单元;
所述数据接收单元用于接收气体的流向和扩散数据,并将数据输送至数据比较单元中;
所述数据比较单元用于将气体在风扇吹风作用下对设备的影响概率与气体对设备的预设标准影响概率相比较,得到比较结果;
所述可视化展示单元用于将气体的流向和扩散程度进行可视化;
所述报警单元用于接收到对比结果大于预设值时进行报警;
所述可视化展示单元的输出端与数据比较单元、数据接收单元和报警单元的输入端相连接。
4.一种基于CFD软件技术的环境风险评估方法,其特征在于:所述评估方法包括如下步骤:
S1:获取工厂中指定区域内风扇的状态、位置信息与指定区域内设备的位置信息;
S2:使用气体传感器和气体浓度传感器获取指定区域内气体数据和气体浓度数据;
S3:根据步骤S1中的风扇位置和设备位置以及步骤S2中的气体数据建立二维模型;
S4:使用CFD软件技术分别对工厂内生产环境下的气体流动进行模拟以及对工厂内生产环境下气体扩散程度进行模拟;
S5:分析在风扇工作状态下,对气体未来时间段的运动状态数据进行预测;
S6:分析气体对生产环境中设备的影响进行评估,得到设备受气体影响的概率;
在步骤S3-S5中,获得在二维模型中风扇的位置为W,通过CFD软件技术获取气体流动时
的模拟状态并将气体流动时的变化通过函数曲线表示,具体为;获得风
扇当前的功率P,若检测到功率P>PR,则通过CFD软件技术获取风扇向气体作用时的方向,根
据风扇向气体作用时的方向建立方向直线,将该方向直线进行延长,直到方向直线上任意
一点与函数曲线上的点相交,将该方向直线与函数曲线中相交的点建立直线延长线,获取
直线延长线上的任意一点,根据延长线上的任意一点建立直角坐标系,得到直线延长线与
横轴形成的夹角β;根据公式:
其中,ML是指风扇与直线延长线上任意一点之间的距离,MK是指直线延长线上任意一
点与风扇所在位置的垂直距离,Y是指气体在不同时间点流动时的纵坐标,x是指气体自不
同时间点流动时的横坐标,是指曲线的系数,PR是指预设功率值;
则所预测的未来时间点气体流动模拟状态为根据直线延长线与横轴形成的夹角β度,进而得到函数曲线中下一个时间点的位置。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种基于CFD软件技术的环境风险评估方法,其特征在于:所述气体包括腐蚀性气体、可燃气体。
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