[发明专利]基于城市环境影响下的变电站火灾大气污染扩散分析方法

说明书

本发明公开基于城市环境影响下的变电站火灾大气污染扩散分析方法，包括如下步骤：S1、采用稳态k‑ε两方程模型结合组分输运方程对典型的双车道街道峡谷内的流场与变电站火灾大气污染物浓度场进行模拟；S2、进行数值模拟与污染物扩散验证；S3、在模拟的基础上建立典型市区特定区域污染物扩散CFD模型，同时确定实际参数，分析在不同来流风向及风速下污染物扩散情况；S4、选取经过S3获得的不同风向及风速区间，分别对风速场、污染物浓度场进行模拟得到不同风向角下污染物浓度极值及其区域，进而分析不同区域下污染物分布情况。本发明提供的分析方法能够全面且深入的对变电站火灾污染物的污染影响进行评价，为后续防范污染提供可参考的建议。

技术领域

本发明具体涉及基于城市环境影响下的变电站火灾大气污染扩散分析方法，属于环境监测技术领域。

背景技术

随着全球城市化进程逐步加速，电力需求逐年增多，变电站作为电网中重要的一环，起到变换、分配电能的作用。变电站火灾产生并释放大量气体污染物，对人类的健康及居住环境产生重要影响。室外环境的气体污染物扩散实质上是一个多尺度和多学科的交叉问题。

近年来，国外广泛开展了基于计算流体力学的大气污染扩散模式及城市建筑群风场特性研究。Blocken等人归纳总结了微尺度下建筑环境内污染物的扩散规律；von Hoff等人利用CFD模拟某大型体育场的CO₂的浓度衰减，考虑了流场中空气温度及湿度的影响；Hang等人通过对建筑阵列进行模拟，研究建筑高度，建筑间距等参数，指出对于高耸建筑，平均风比湍流扩散效果好，对于高度较低或行列数较多建筑，湍流扩散效果好；Salim等人针对城市中林荫道路所在的街道峡谷中的污染扩散情况，分别采用大涡模拟(LES)方法和雷诺平均(RANS)法进行模拟；Gu等人针对具有凹凸面高层建筑及非对称道路两旁建筑布局，利用LES方法进行污染扩散数值模拟，归纳主要影响因素，指出单体高层建筑能导致附近风速突然增大，产生壁面效应；Lateb等人利用数值模拟方法研究了由两栋建筑组成的建筑群间的污染扩散，网格划分质量的评价指标采用了网格收敛指标、典型单元网格尺寸、网格加密因子、相对误差，但计算域以外的建筑影响没有考虑，尾流区模拟误差较大。

目前，国内对于城市峡谷环境下的近地面污染源扩散模式进行的研究较多，王远飞等人对上海地区的街谷环境的气体污染扩散进行了初步的研究；黄远东等人对城市街道峡谷内污染物扩散分布的数值模拟进行了研究，包括湍流模型的选择，下垫面的影响及固体颗粒的影响等问题。国内有关大涡模式应用于污染扩散的数值模拟的研究是近年该方向的热点话题。蒋维楣等利用大涡模式对方形建筑物周围的风场进行了模拟，并在此基础上利用拉格朗日动力模式与大涡模式相结合；崔桂香等针对居民小区风场流动复杂的特点，利用大涡模式的方法以某实际住宅小区为例，分别计算了风场，污染物浓度等物理量分布，模拟结果与实测结果相一致。在已公开的专利中，申请号为CN201611267880.4的中国专利公开了“一种街道峡谷内污染物分布实时估计方法”，具体公开使用CFD与OSPM混合模型，及多组分污染物扩散模型，建立一个针对城市路网街道峡谷内污染物分布实时估计方法；申请号为CN201611267869.8的中国专利公开“一种基于CFD及多数据源的城市实时全局环境估计方法”，其中具体公开了利用CFD作为计算引擎，根据气象信息自适应切换环境质量模式，采用多尺度网格离散化城市模型，引入多组分污染模型，并考虑气象干湿沉降过程，建立一个针对城市全局空气环境质量实时估计方法，但是上述方案中公开的方法大多是只能得到有限的几个采样点浓度数据，因此无法完整反映街道峡谷内部污染物浓度的分布，进行准确的污染扩散分析。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供基于城市环境影响下的变电站火灾大气污染扩散分析方法，针对典型城市道路和建筑布局的几何形状建立工况，并采用相应的动力学参数与污染物指标作为评价体系，研究变电站火灾污染物分布与动力学参数之间的联系及污染物分布特征。

本发明的技术方案如下：

本发明目的之一在于提供基于城市环境影响下的变电站火灾大气污染扩散分析方法，包括如下步骤：