CN115952926B - 危险气体扩散范围预测方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种危险气体扩散范围预测方法、系统、电子设备及存储介质，涉及危险气体扩散预测领域，包括对公共场景的空间区域进行网格划分，得到网格空间；根据所述网格空间进行泄漏源分析，确定泄漏特征；根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式；所述危险气体预测方式包括存在危险气体方式和保护气体共存方式；根据所述危险气体预测方式和墙壁障碍作用确定扩散圆覆盖范围；根据所述扩散圆覆盖范围确定扩散圆覆盖网格的危险气体浓度；根据所述危险气体浓度、泄漏口和通风口确定危险气体的分布情况。本发明能提高危险气体扩散预测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及危险气体扩散预测领域，特别是涉及一种危险气体扩散范围预测方法、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
在涉及危险气体（如氢气等）的应用场所中，针对气体潜在伤害的人员防护工作至关重要。当危险气体泄漏时，其在空气中往往会快速散开并形成危险气体云，带来潜在的中毒、燃烧或爆炸风险。目前对于危险气体泄漏扩散的探测缺少预测手段，而是大多依赖于气体传感器直接检测，从发现气体泄漏到传感器发出警报的这一段时间内，危险气体在空间中的扩散情况完全未知，不利于后续危险紧急处理工作的开展。而且，考虑到危险气体扩散预测可以用来无实物模拟泄漏扩散情况，并找出危险气体云团容易聚集的位置和所需时间，因此对传感器的定位布置和危险气体紧急处理系统的建设都有重要的指导作用。另外，许多应用场所的危险气体处理系统的开启仍需要人员手动控制，带来了一些不确定和不安全因素，因此急需一套能预测危险气体分布范围，并且能与危险气体处理系统实时联动的气体扩散预测方法流程，从而降低危险气体造成事故的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种危险气体扩散范围预测方法、系统、电子设备及存储介质，以提高危险气体扩散预测的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种危险气体扩散范围预测方法，包括：
对公共场景的空间区域进行网格划分，得到网格空间；
根据所述网格空间进行泄漏源分析，确定泄漏特征；
根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式；所述危险气体预测方式包括存在危险气体方式和保护气体共存方式；
根据所述危险气体预测方式和墙壁障碍作用确定扩散圆覆盖范围；
根据所述扩散圆覆盖范围确定扩散圆覆盖网格的危险气体浓度；
根据所述危险气体浓度、泄漏口和通风口确定危险气体的分布情况。
可选地，所述根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式，具体包括：
判断所述公共场景是否符合所述预警条件，得到第一判断结果；所述预警条件为危险气体到达安全警戒或者保护气体阀门已开启；
若所述第一判断结果为是，则确定所述危险气体预测方式为保护气体共存方式；
若所述第一判断结果为否，则确定所述危险气体预测方式为存在危险气体方式。
可选地，所述根据所述危险气体预测方式和墙壁障碍作用确定扩散圆覆盖范围，具体包括：
判断是否与所述墙壁障碍作用，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果为是，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式和有障碍时气体扩散规则确定扩散圆覆盖范围；
若所述第二判断结果为否，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式、风速和无障碍时气体扩散规律确定扩散圆覆盖范围。
可选地，所述根据所述危险气体浓度、泄漏口和通风口确定危险气体的分布情况，具体包括：
判断是否与所述通风口作用，得到第三判断结果；
若所述第三判断结果为是，则根据通风口大小、通风口位置、所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况；
若所述第三判断结果为否，则根据所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况。
本发明还提供一种危险气体扩散范围预测系统，包括：
网格划分模块，用于对公共场景的空间区域进行网格划分，得到网格空间；
泄漏源分析模块，用于根据所述网格空间进行泄漏源分析，确定泄漏特征；
危险气体预测方式确定模块，用于根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式；所述危险气体预测方式包括存在危险气体方式和保护气体共存方式；
扩散圆覆盖范围确定模块，用于根据所述危险气体预测方式和墙壁障碍作用确定扩散圆覆盖范围；
危险气体浓度确定模块，用于根据所述扩散圆覆盖范围确定扩散圆覆盖网格的危险气体浓度；
分布情况确定模块，用于根据所述危险气体浓度、泄漏口和通风口确定危险气体的分布情况。
可选地，所述危险气体预测方式确定模块，具体包括：
预警条件判断单元，用于判断所述公共场景是否符合所述预警条件，得到第一判断结果；所述预警条件为危险气体到达安全警戒或者保护气体阀门已开启；
保护气体共存方式确定单元，用于若所述第一判断结果为是，则确定所述危险气体预测方式为保护气体共存方式；
存在危险气体方式确定单元，用于若所述第一判断结果为否，则确定所述危险气体预测方式为存在危险气体方式。
可选地，所述扩散圆覆盖范围确定模块，具体包括：
墙壁障碍作用判断单元，用于判断是否与所述墙壁障碍作用，得到第二判断结果；
第一扩散圆覆盖范围确定单元，用于若所述第二判断结果为是，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式和有障碍时气体扩散规则确定扩散圆覆盖范围；
第二扩散圆覆盖范围确定单元，用于若所述第二判断结果为否，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式、风速和无障碍时气体扩散规律确定扩散圆覆盖范围。
可选地，所述分布情况确定模块，具体包括：
通风口作用判断单元，用于判断是否与所述通风口作用，得到第三判断结果；
第一分布情况确定单元，用于若所述第三判断结果为是，则根据通风口大小、通风口位置、所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况；
第二分布情况确定单元，用于若所述第三判断结果为否，则根据所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况。
本发明还提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，其上存储有一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上述任意一项所述的方法。
本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明对公共场景的空间区域进行网格划分，得到网格空间；根据所述网格空间进行泄漏源分析，确定泄漏特征；根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式；所述危险气体预测方式包括存在危险气体方式和保护气体共存方式；根据所述危险气体预测方式和墙壁障碍作用确定扩散圆覆盖范围；根据所述扩散圆覆盖范围确定扩散圆覆盖网格的危险气体浓度；根据所述危险气体浓度、泄漏口和通风口确定危险气体的分布情况。本发明通过考虑墙壁障碍作用、泄漏口和通风口对危险气体扩散的影响，从而提高危险气体扩散预测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为危险气体泄漏源及场景处理示意图；
图2为危险气体云团分布示意图；
图3为危险气体扩散范围预测方法在实际应用中的流程图；
图4为无保护措施第5s时的氢气扩散预测结果图；
图5为有保护措施第5s时的氢气扩散预测结果图；
图6为本发明提供的危险气体扩散范围预测方法流程图。
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。
本发明的目的是提供一种危险气体扩散范围预测方法、系统、电子设备及存储介质，以提高危险气体扩散预测的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图3和图6所示，本发明提供的一种危险气体扩散范围预测方法，包括：
步骤101：对公共场景的空间区域进行网格划分，得到网格空间。
对空间区域划网格，确定每个网格内的自由空气体积，明确通风口、墙壁情况及单步时长，如公式（1）所示。
步骤102：根据所述网格空间进行泄漏源分析，确定泄漏特征。
对泄漏源进行分析，确定危险气体类型并利用仿真方法得到泄漏量曲线。
步骤103：根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式；所述危险气体预测方式包括存在危险气体方式和保护气体共存方式。
步骤103，具体包括：判断所述公共场景是否符合所述预警条件，得到第一判断结果；所述预警条件为危险气体到达安全警戒或者保护气体阀门已开启；若所述第一判断结果为是，则确定所述危险气体预测方式为保护气体共存方式；按照标准流程初步计算危险气体和保护气体扩散范围。按照两种气体共存时的计算规则确定危险气体分布情况。若所述第一判断结果为否，则确定所述危险气体预测方式为存在危险气体方式。
在判断所述公共场景是否符合所述预警条件之前，还需判断是否达到目标预测时间，若否，则判断所述公共场景是否符合所述预警条件，若是，则输出气体泄漏扩散预测结果和危险报警区域。
步骤104：根据所述危险气体预测方式和墙壁障碍作用确定扩散圆覆盖范围。
步骤104，具体包括：判断是否与所述墙壁障碍作用，得到第二判断结果；若所述第二判断结果为是，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式和有障碍时气体扩散规则确定扩散圆覆盖范围；若所述第二判断结果为否，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式、风速和无障碍时气体扩散规律确定扩散圆覆盖范围。危险气体云团形成的扩散圆覆盖范围计算包括扩散圆空间位置和危险气体云团半径、厚度，如公式（2）（3）（4）（5）（7）（8）所示。
步骤105：根据所述扩散圆覆盖范围确定每个云团形成的扩散圆的危险气体浓度。如公式（6）所示。
步骤106：根据所述危险气体浓度、泄漏口和通风口确定危险气体的分布情况。
步骤106，具体包括：判断是否与所述通风口作用，得到第三判断结果；若所述第三判断结果为是，则根据通风口大小、通风口位置、所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况；若所述第三判断结果为否，则根据所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况。结合所有扩散圆覆盖范围，计算该时间步的所有单元格的危险气体分布情况，如公式（6）所示。并记录该时间步的危险气体扩散预测情况并标识出浓度超标范围和燃爆风险范围。当有保护气体存在时，单元格内的危险气体浓度和氧气浓度需要再按照公式（9）加以修正。
本发明的目的是提供一种有风公共场所（如厂房）中危险气体（如氢气）的扩散预测方案，以实现公共场所中气体扩散区域的实时预测与危险范围标示。此外，还提出了一种危险气体处理设施（保护气释放）运行策略。
第一步，危险气体泄漏源及场景的前置处理
对于某特定的含有危险气体管路的公共场景，首先应当确定其泄漏特征，即确定其危险气体类型、泄漏源状态以及泄漏流量曲线。危险气体可以按照其与空气的密度大小关系大致分为三类：小密度气体、中等密度气体与大密度气体，对于与空气密度相近的中密度气体，在后续的扩散预测中采取球面模型，而对于小密度和大密度气体则可以加以简化，将在后文中详述。泄漏流量曲线可以使用流量传感器实时获得并用以计算扩散情况，但为了达到“预测”的目的，可以通过泄漏实验、CFD模型仿真来事先模拟泄漏时的流量变化曲线，以实现对该泄漏情况的针对性预测和防护。泄漏源状态可以归结为泄漏位置、泄漏方向和初始速度等，根据危险气体管路的实际情况取值即可。
公共场景的处理方式如下：将场景划分为若干立方体单元格，推荐将单元格设置为正方体以简化计算，但也可以自由调整不同位置的单元格边长以适应特定区域重点监测的要求。之后估测每个单元格内的障碍物占比并计算该单元格内自由流动的空气体积。根据该公共场所中墙壁面和壁面上通风口的位置，将临近壁面和临近通风口的单元格都分别标记出来。在这一步中还应确定总预测时间和时间步长度，以此来决定危险气体泄漏扩散预测的精度和广度。自由空气体积是否为场景内所有无障碍物的体积。自由空气体积的计算如下：
式中，
为某单元格内自由空气体积，/>
分别是单元格的长、宽和高，/>
为该单元格的阻碍比，即障碍物占据的体积分数，危险气体泄漏源及场景的前置处理示意图如图1所示。
第二步，根据初始设置对危险气体扩散情况进行逐步预测计算
对于小密度或大密度气体，对其扩散情况做了一定的简化，将径向扩散和由于浮力产生的纵向扩散解耦。无风状态下的径向扩散大体上是各向同性的，因此泄漏的危险气体容易形成一个圆形的危险气体云团，称为扩散圆（中密度气体的气体云团则呈球形，其扩散大小计算式只有第一个）。根据气体扩散定律，径向扩散的速率与当前时间步危险气体云团的浓度有关，可以简单地写为：
而由于纵向扩散而导致的危险气体云厚度变化可以类似地表示为：
式中，
为第t+1和第t个时间步中危险气体云团的半径，而/>
为第t+1和第t个时间步中危险气体云团的厚度，上述物理量初始值均为零，/>
为第t个时间步中该气体云团的危险气体平均百分比浓度，/>
为时间步的步长，/>
和/>
分别为径向和纵向的扩散比例系数，/>
应小于/>
，且不同种类气体的系数不同，中密度气体只有径向扩散。第一个时间步的气体云团浓度计算方式稍有不同，当气体流量过大时，按公式（6）第一个公式中计算出的第一时间步气体云浓度可能超过100%，这表示在泄漏出口处由于危险气体堆积而不能正常套用扩散定律，此时需要将气体云团形状等比扩大至气体云浓度等于100%
在有风状态下，某时刻危险气体云团的位置由泄漏源位置、泄漏方向、初始泄漏速度和风向、风速共同决定。近似认为在扩散过程中危险气体云团始终保持圆形，则危险气体云团形成的扩散圆圆心坐标为：
式中，
为第t+1个时间步中扩散圆圆心相对泄漏源的位置向量，/>
为第t个时间步中扩散圆圆心的位置向量（水平平面内），初始值均为零，/>
为泄漏方向向量在水平平面的投影向量，/>
为第t个时间步中的泄漏初速度，/>
为风速向量。如果扩散圆已经与墙壁面相交，则可以直接将墙壁面之外的部分裁剪掉，来模拟因为墙壁阻碍而产生的危险气体积聚。危险气体云团形成的扩散圆如图1所示。
而危险气体云团的纵向位置则要考虑射流初始速度和浮力的共同影响，如果风向有纵向分量则同样需要纳入考虑（不常见）。危险气体云团扩散的纵向位置可以表示为：
式中，
和/>
分别为第t+1个时间步中危险气体云团的相对泄漏源的纵向位置和纵向速度，/>
和/>
分别为第t个时间步中危险气体云团的纵向位置和纵向速度，纵向速度有初始值/>
，/>
为泄漏方向的仰角，而纵向位置初始值为零，/>
为环境空气密度，
为危险气体密度（且与空气密度差异较大），/>
为当地重力加速度。/>
为第t+1个时间步中的泄漏初速度。
如图2所示，泄漏源每一时间步产生一个危险气体云团，利用上一个时间步的气体云团状态可以推算其下一个时间步的状态。首先应当计算出每个云团的危险气体浓度，之后根据云团形成的扩散圆的大小和位置，可以进一步识别出其覆盖的每个单元格的污染（覆盖）系数。为简化计算，在统计被污染的单元格时，将污染程度分为四档，扩散圆覆盖接近该单元格范围的
为轻度污染，污染（覆盖）系数取0.25，而覆盖范围接近单元格的
为中度（重度、完全）污染，污染系数取0.50（0.75、1.00），实际计算中，每个单元格的覆盖程度可以直接按体积占比计算，或在俯视平面和高度方向上分别计算并求得污染系数再将污染系数相乘。同一个云团内的浓度被认为是均匀分布的，其浓度值用危险气体含量除以覆盖的总自由空气体积获得，当场上同时存在多个云团且相互之间有重叠时，每个格子的危险气体浓度则是将所有危险气体云团在该单元格的浓度相加，单元格内的危险气体浓度计算公式为：
式中，
为第/>
个单元格内的危险气体总浓度，/>
是第/>
个气体云团中的平均浓度，/>
为第t个时间步泄漏源的危险气体泄漏体积流量，/>
为第/>
个气体云团对第/>
个单元格的污染（覆盖）系数，取值方式如前文所述。/>
为通风口判断系数，如果第/>
个单元格是与通风口邻近的单元格（已在第一步中确认），则该系数取0，表示让危险气体从通风口逸散到外部空间中。/>
为第/>
个气体云团内自由空气体积，n为第/>
个气体云团覆盖的单元格总数。
第三步，有保护气体时对浓度分布预测作出改进
按照以上步骤可得到任一时间步内危险气体的分布情况预测结果，记录该结果并利用该时间步的参数迭代计算下一时间步的气体分布。重复以上步骤，直到预测时间达到期望值。从而完成危险气体的扩散预测。在每次的时间步迭代后，根据按照实际需求设定的危险气体浓度阈值，统计含有超过该浓度阈值气体云的单元格数目和位置，这些单元格共同构成了危险区间的范围，并将危险区域的大小和范围信息发给操作系统及人员，达到及时报警及时处置的目的。
一旦预测到的危险气体指标（泄漏量、危险区间体积等）达到安全警戒值时，保护气体管道立即激活，并使用氮气填充该空间区域，减缓危险气体的聚集情况。对于中密度气体氮气，可以将扩散范围考虑成球形，其保护气体云团的球心位置和半径依然可以按照危险气体云团半径和位置的计算方法。同样认为保护气体管道每一时间步产生一个保护气体云团，并按照时间步对保护气体云团状态进行迭代。由于中密度气体密度与空气相近，因此在纵向上不需考虑因为浮力而产生的加速度而只需考虑其初速度的影响，简化后的纵向位置计算公式为：
其中，
代表气体云团的初始纵向速度。保护气体云团的平面位置计算与危险气体相同，而由于其呈球面扩散，计算保护气体云团大小的计算式只需一个便可：
保护气体浓度的计算和大、小密度危险气体使用的浓度计算公式相同，在此不再赘述，值得注意的是，由于保护气体（氮气）本质上是一种中密度气体，因此中密度危险气体的气体云团的计算过程与保护气体是一致的。
由于存在危险气体、保护气体共存的问题，对于某单元格内危险气体的浓度计算与只有危险气体时稍有不同。加入了保护气体后，保护气体会占据原先危险气体和空气混合的区域，使单元格内危险气体的浓度下降，而且对于易燃气体，由于空气浓度也降低，因此含氧量得以降低，减小了气体引燃的风险。此时单元格内的危险气体浓度和氧气浓度可以由下式计算：
式中，
为充入保护气体后第/>
个单元格内的危险气体总浓度，/>
是第/>
个单元格内的保护气体总浓度，/>
为充入保护气体后第/>
个单元格内的氧含量。到此为止，可以计算出任意时刻每个单元格内危险气体的分布情况，并统计该时刻危险区间的范围，整个发明的流程图如图3所示。
以某有风的涉氢作业场所为例。危险气体为氢气，属于小密度气体，场景简化为一个
的长方体空间，划分成边长为25cm的立方体单元格，所有单元格内没有障碍物，也没有墙壁面。泄漏被视为稳态泄漏，泄漏流量为/>
，泄漏方向垂直于某个长方体空间面，射流初速度为/>
，风速与射流初速度垂直，数值也是/>
。危险气体泄漏源和保护气体释放口位置已在图中标出。时间步设置为1s，总预测时间5s。
另外，将有保护措施的情况也做了计算。当氢气浓度超标单元格数量超过2格后，开启保护气体（氮气）阀门，向空间内排放氮气，由于氮气的扩散能力远小于氢气
。从表1中可以看到，在第2秒时，浓度超标单元格数量达到2.75格，于是在第三秒氮气阀门开启，并按照图3中给出的步骤计算后面时间步内浓度超标单元格和爆炸风险单元格位置和数量，如图5和表1后两列所示。可以看到，在预测结束即第五秒后，因为保护气体的介入，浓度达到阈值和存在爆炸风险的单元格数量都有所减少。
本发明还提供一种危险气体扩散范围预测系统，包括：
网格划分模块，用于对公共场景的空间区域进行网格划分，得到网格空间。
泄漏源分析模块，用于根据所述网格空间进行泄漏源分析，确定泄漏特征。
危险气体预测方式确定模块，用于根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式；所述危险气体预测方式包括存在危险气体方式和保护气体共存方式。
扩散圆覆盖范围确定模块，用于根据所述危险气体预测方式和墙壁障碍作用确定扩散圆覆盖范围。
危险气体浓度确定模块，用于根据所述扩散圆覆盖范围确定扩散圆覆盖网格的危险气体浓度。
分布情况确定模块，用于根据所述危险气体浓度、泄漏口和通风口确定危险气体的分布情况。
作为一种可选的实施方式，所述危险气体预测方式确定模块，具体包括：
预警条件判断单元，用于判断所述公共场景是否符合所述预警条件，得到第一判断结果；所述预警条件为危险气体到达安全警戒或者保护气体阀门已开启。
保护气体共存方式确定单元，用于若所述第一判断结果为是，则确定所述危险气体预测方式为保护气体共存方式。
存在危险气体方式确定单元，用于若所述第一判断结果为否，则确定所述危险气体预测方式为存在危险气体方式。
作为一种可选的实施方式，所述扩散圆覆盖范围确定模块，具体包括：
墙壁障碍作用判断单元，用于判断是否与所述墙壁障碍作用，得到第二判断结果。
第一扩散圆覆盖范围确定单元，用于若所述第二判断结果为是，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式和有障碍时气体扩散规则确定扩散圆覆盖范围。
第二扩散圆覆盖范围确定单元，用于若所述第二判断结果为否，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式、风速和无障碍时气体扩散规律确定扩散圆覆盖范围。
作为一种可选的实施方式，所述分布情况确定模块，具体包括：
泄漏口作用判断单元，用于判断是否与所述通风口作用，得到第三判断结果。
第一分布情况确定单元，用于若所述第三判断结果为是，则根据通风口大小、通风口位置、所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况。
第二分布情况确定单元，用于若所述第三判断结果为否，则根据所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况。
本发明还提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，其上存储有一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上述任意一项所述的方法。
本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的方法。
对于制氢车间、有害气体存放库等涉及危险气体的场所，有必要对危险气体发生意外泄漏时该种气体在空间中的扩散情况进行预测，从而为传感器和防护系统的布置提供指导。本发明按照危险气体云团在空间中的移动来模拟危险气体分布，并按照时间步迭代的方式将预测过程按时间顺序推进，且能够匹配小、中、大密度的多种气体，具有简便易用、适用性好的优点。本发明考虑全面，不仅综合考虑泄漏源的位置、喷射速度和方向，浮力等影响因素，还将环境条件例如环境风速、障碍壁面等也纳入考虑中，不仅如此，有保护气体装置时的多种气体共同作用也被纳入分析，这是其他扩散预测方法不曾考虑过的。另外，本发明借助划分单元格和时间步的策略，将气体云团连续的移动和形状变化做到离散化处理，尽可能地简化了计算步骤，使计算量维持在较易实现的水平。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种危险气体扩散范围预测方法，其特征在于，包括：
对公共场景的空间区域进行网格划分，得到网格空间；对空间区域划网格，确定每个网格内的自由空气体积，明确通风口、墙壁情况及单步时长，如公式（1）所示；
式中，Vf为某单元格内自由空气体积，La、Lb、Lh分别是单元格的长、宽和高，kV为该单元格的阻碍比；
根据所述网格空间进行泄漏源分析，确定泄漏特征；
根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式；所述危险气体预测方式包括存在危险气体方式和保护气体共存方式；
根据所述危险气体预测方式和墙壁障碍作用确定扩散圆覆盖范围，具体包括：判断是否与所述墙壁障碍作用，得到第二判断结果；若所述第二判断结果为是，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式和有障碍时气体扩散规则确定扩散圆覆盖范围；若所述第二判断结果为否，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式、风速和无障碍时气体扩散规律确定扩散圆覆盖范围；危险气体云团形成的扩散圆覆盖范围计算包括扩散圆空间位置和危险气体云团半径、厚度，如公式（2）（3）（4）（5）（7）（8）所示；
式中，R t+1 、R t 为第t+1和第t个时间步中危险气体云团的半径，而H t+1 、H t 为第t+1和第t个时间步中危险气体云团的厚度，K t 为第t个时间步中该气体云团的危险气体平均百分比浓度，T为时间步的步长，m k，R 和m k，H 分别为径向和纵向的扩散比例系数，m k，H 应小于m k，R ，且不同种类气体的系数不同，中密度气体只有径向扩散；
式中，
为第t+1个时间步中扩散圆圆心相对泄漏源的位置向量，/>
为第t个时间步中扩散圆圆心的位置向量，/>
为泄漏方向向量在水平平面的投影向量，U t 为第t个时间步中的泄漏初速度，/>
为风速向量；
式中，Y t+1 和
分别为第t+1个时间步中危险气体云团的相对泄漏源的纵向位置和纵向速度，Y t 和/>
分别为第t个时间步中危险气体云团的纵向位置和纵向速度，/>
为环境空气密度，/>
为危险气体密度，/>
为当地重力加速度；/>
为第t+1个时间步中的泄漏初速度；
根据所述扩散圆覆盖范围确定扩散圆覆盖网格的危险气体浓度；
式中，
为第j个单元格内的危险气体总浓度，/>
是第i个气体云团中的平均浓度，Q t 为第t个时间步泄漏源的危险气体泄漏体积流量，/>
为第i个气体云团对第j个单元格的污染系数；E j 为通风口判断系数，如果第j个单元格是与通风口邻近的单元格，则该系数取0，表示让危险气体从通风口逸散到外部空间中；/>
为第/>
个气体云团内自由空气体积，n为第i个气体云团覆盖的单元格总数；
根据所述危险气体浓度、泄漏口和通风口确定危险气体的分布情况，具体包括：
判断是否与所述通风口作用，得到第三判断结果；
若所述第三判断结果为是，则根据通风口大小、通风口位置、所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况；
若所述第三判断结果为否，则根据所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况；结合所有扩散圆覆盖范围，计算时间步的所有单元格的危险气体分布情况，如公式（6）所示；并记录时间步的危险气体扩散预测情况并标识出浓度超标范围和燃爆风险范围；当有保护气体存在时，单元格内的危险气体浓度和氧气浓度需要再按照公式（9）加以修正；
其中，
代表气体云团的初始纵向速度；
式中，
为充入保护气体后第j个单元格内的危险气体总浓度，/>
是第j个单元格内的保护气体总浓度，/>
为充入保护气体后第j个单元格内的氧含量。
2.根据权利要求1所述的危险气体扩散范围预测方法，其特征在于，所述根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式，具体包括：
判断所述公共场景是否符合所述预警条件，得到第一判断结果；所述预警条件为危险气体到达安全警戒或者保护气体阀门已开启；
若所述第一判断结果为是，则确定所述危险气体预测方式为保护气体共存方式；
若所述第一判断结果为否，则确定所述危险气体预测方式为存在危险气体方式。
3.一种危险气体扩散范围预测系统，其特征在于，包括：
网格划分模块，用于对公共场景的空间区域进行网格划分，得到网格空间；对空间区域划网格，确定每个网格内的自由空气体积，明确通风口、墙壁情况及单步时长，如公式（1）所示；
（1）
式中，Vf为某单元格内自由空气体积，La、Lb、Lh分别是单元格的长、宽和高，kV为该单元格的阻碍比；
泄漏源分析模块，用于根据所述网格空间进行泄漏源分析，确定泄漏特征；
危险气体预测方式确定模块，用于根据所述泄漏特征和预警条件确定危险气体预测方式；所述危险气体预测方式包括存在危险气体方式和保护气体共存方式；
扩散圆覆盖范围确定模块，用于根据所述危险气体预测方式和墙壁障碍作用确定扩散圆覆盖范围；所述扩散圆覆盖范围确定模块，具体包括：墙壁障碍作用判断单元，用于判断是否与所述墙壁障碍作用，得到第二判断结果；第一扩散圆覆盖范围确定单元，用于若所述第二判断结果为是，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式和有障碍时气体扩散规则确定扩散圆覆盖范围；第二扩散圆覆盖范围确定单元，用于若所述第二判断结果为否，则根据所述危险气体预测方式的存在危险气体方式、风速和无障碍时气体扩散规律确定扩散圆覆盖范围；危险气体云团形成的扩散圆覆盖范围计算包括扩散圆空间位置和危险气体云团半径、厚度，如公式（2）（3）（4）（5）（7）（8）所示；
式中，R t+1 、R t 为第t+1和第t个时间步中危险气体云团的半径，而H t+1 、H t 为第t+1和第t个时间步中危险气体云团的厚度，K t 为第t个时间步中该气体云团的危险气体平均百分比浓度，T为时间步的步长，m k，R 和m k，H 分别为径向和纵向的扩散比例系数，m k，H 应小于m k，R ，且不同种类气体的系数不同，中密度气体只有径向扩散；
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为第t+1个时间步中的泄漏初速度；危险气体浓度确定模块，用于根据所述扩散圆覆盖范围确定扩散圆覆盖网格的危险气体浓度；
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个气体云团内自由空气体积，n为第i个气体云团覆盖的单元格总数；
分布情况确定模块，用于根据所述危险气体浓度、泄漏口和通风口确定危险气体的分布情况；所述分布情况确定模块，具体包括：通风口作用判断单元，用于判断是否与所述通风口作用，得到第三判断结果；第一分布情况确定单元，用于若所述第三判断结果为是，则根据通风口大小、通风口位置、所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况；第二分布情况确定单元，用于若所述第三判断结果为否，则根据所述危险气体浓度和所述泄漏口确定危险气体的分布情况；结合所有扩散圆覆盖范围，计算时间步的所有单元格的危险气体分布情况，如公式（6）所示；并记录时间步的危险气体扩散预测情况并标识出浓度超标范围和燃爆风险范围；当有保护气体存在时，单元格内的危险气体浓度和氧气浓度需要再按照公式（9）加以修正；
其中，
代表气体云团的初始纵向速度；
式中，
为充入保护气体后第j个单元格内的危险气体总浓度，/>
是第j个单元格内的保护气体总浓度，/>
为充入保护气体后第j个单元格内的氧含量。
4.根据权利要求3所述的危险气体扩散范围预测系统，其特征在于，所述危险气体预测方式确定模块，具体包括：
预警条件判断单元，用于判断所述公共场景是否符合所述预警条件，得到第一判断结果；所述预警条件为危险气体到达安全警戒或者保护气体阀门已开启；
保护气体共存方式确定单元，用于若所述第一判断结果为是，则确定所述危险气体预测方式为保护气体共存方式；
存在危险气体方式确定单元，用于若所述第一判断结果为否，则确定所述危险气体预测方式为存在危险气体方式。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，其上存储有一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至2中任意一项所述的方法。
6.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2中任意一项所述的方法。
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