基于數(shù)值模擬的室內(nèi)通風(fēng)環(huán)境不同高度風(fēng)場(chǎng)研究.pdf

1、面對(duì)日趨嚴(yán)重的城市突發(fā)工業(yè)災(zāi)害問題,開展針對(duì)毒害氣體泄漏源檢測(cè)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,對(duì)于保障人民生命及財(cái)產(chǎn)安全,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的和諧發(fā)展具有重大現(xiàn)實(shí)意義?？紤]到毒害氣體環(huán)境不適宜人或動(dòng)物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查,上世紀(jì)90年代初一些研究人員開始嘗試?yán)靡苿?dòng)機(jī)器人代替人或動(dòng)物自主完成氣體泄漏源搜尋任務(wù),即開展機(jī)器人氣體泄漏源檢測(cè)研究。
　　20多年來盡管科研人員為氣體泄漏源檢測(cè)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(shí)質(zhì)性

2、突破,原因在于還存在一系列關(guān)鍵問題沒有得到解決:首先,缺乏高仿真煙羽模型。由于真實(shí)煙羽環(huán)境存在測(cè)試投入巨大、流場(chǎng)參數(shù)不可控、可重復(fù)性差等問題,目前氣體泄漏源檢測(cè)研究普遍采用仿真煙羽環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。但是目前國際上并沒有公認(rèn)的能與真實(shí)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(cè)試結(jié)果可信度存在質(zhì)疑。另外,現(xiàn)有的煙羽跟蹤算法設(shè)計(jì)中,由于缺乏對(duì)影響氣體分子擴(kuò)散流場(chǎng)變化的規(guī)律性認(rèn)識(shí),大多采用固定參數(shù)設(shè)置,如固定時(shí)間步長、固定夾角

3、逆風(fēng)等等,這種固定參數(shù)設(shè)置方法很顯然不能很好的適應(yīng)搜尋環(huán)境的變化。
　　針對(duì)上述問題,本文主要從以下兩個(gè)方面展開研究:
　　第一,為了加深三維流場(chǎng)變化規(guī)律的認(rèn)識(shí),本課題首先采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT對(duì)室內(nèi)通風(fēng)環(huán)境進(jìn)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(duì)不同高度層面的風(fēng)向信息與風(fēng)速信息進(jìn)行了對(duì)比研究。上述工作為仿真煙羽環(huán)境與真實(shí)煙羽環(huán)境的比對(duì)并最終建立更加逼真的仿真流場(chǎng)提供了線索

4、,同時(shí)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(yīng)性同時(shí)加深對(duì)同一高度層面流場(chǎng)的細(xì)節(jié)變化規(guī)律性認(rèn)識(shí),需要對(duì)典型高度層面的風(fēng)場(chǎng)不同子區(qū)域之間的差異做進(jìn)一步的解讀?？紤]到 FLUENT軟件仿真計(jì)算出來的反應(yīng)風(fēng)場(chǎng)情況的圖像數(shù)據(jù)量過大,不利于應(yīng)用成熟的圖像分析方法對(duì)其進(jìn)行研究。為此本文提出了一種風(fēng)場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)有效精簡方法——風(fēng)場(chǎng)指紋,包括風(fēng)向指紋與風(fēng)速指紋。通過對(duì)風(fēng)場(chǎng)指紋的特征提取與分析,研究了風(fēng)場(chǎng)中不同區(qū)域風(fēng)向與