基于數(shù)值模擬的室內通風環(huán)境不同高度風場研究.pdf

1、面對日趨嚴重的城市突發(fā)工業(yè)災害問題,開展針對毒害氣體泄漏源檢測的應用基礎研究,對于保障人民生命及財產(chǎn)安全,促進經(jīng)濟社會的和諧發(fā)展具有重大現(xiàn)實意義?？紤]到毒害氣體環(huán)境不適宜人或動物進行現(xiàn)場勘查,上世紀90年代初一些研究人員開始嘗試利用移動機器人代替人或動物自主完成氣體泄漏源搜尋任務,即開展機器人氣體泄漏源檢測研究。
　　20多年來盡管科研人員為氣體泄漏源檢測問題的解決付出了不懈的努力,并提出了一系列氣體尋源策略,但迄今尚未取得實質性

2、突破,原因在于還存在一系列關鍵問題沒有得到解決:首先,缺乏高仿真煙羽模型。由于真實煙羽環(huán)境存在測試投入巨大、流場參數(shù)不可控、可重復性差等問題,目前氣體泄漏源檢測研究普遍采用仿真煙羽環(huán)境進行測試。但是目前國際上并沒有公認的能與真實羽流環(huán)境吻合度較高、具有普適性的仿真煙羽環(huán)境,因此仿真環(huán)境下的測試結果可信度存在質疑。另外,現(xiàn)有的煙羽跟蹤算法設計中,由于缺乏對影響氣體分子擴散流場變化的規(guī)律性認識,大多采用固定參數(shù)設置,如固定時間步長、固定夾角

3、逆風等等,這種固定參數(shù)設置方法很顯然不能很好的適應搜尋環(huán)境的變化。
　　針對上述問題,本文主要從以下兩個方面展開研究:
　　第一,為了加深三維流場變化規(guī)律的認識,本課題首先采用計算流體動力學軟件FLUENT對室內通風環(huán)境進行了數(shù)值模擬;然后,采用希爾伯特黃變換(HHT)這種性能優(yōu)良的非線性分析工具對不同高度層面的風向信息與風速信息進行了對比研究。上述工作為仿真煙羽環(huán)境與真實煙羽環(huán)境的比對并最終建立更加逼真的仿真流場提供了線索

4、,同時也為傳感器的高度布局提供了依據(jù)。
　　其次,為了提升跟蹤算法的環(huán)境適應性同時加深對同一高度層面流場的細節(jié)變化規(guī)律性認識,需要對典型高度層面的風場不同子區(qū)域之間的差異做進一步的解讀?？紤]到 FLUENT軟件仿真計算出來的反應風場情況的圖像數(shù)據(jù)量過大,不利于應用成熟的圖像分析方法對其進行研究。為此本文提出了一種風場圖像數(shù)據(jù)有效精簡方法——風場指紋,包括風向指紋與風速指紋。通過對風場指紋的特征提取與分析,研究了風場中不同區(qū)域風向與