换流变火灾火源强度反演评估及温度场预测方法及系统
专利汇可以提供换流变火灾火源强度反演评估及温度场预测方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种换流变火灾火源强度反演评估及 温度 场预测方法及系统，包括如下内容：1)建立换流变火灾模拟正向计算模型；完成数据同化状态向量初始化；2)进行换流变火灾模拟正向计算，得到火灾蔓延温度场等数据并输出；3)判断是否有 热电偶 和热流计监测数据，若是则将步骤2的计算结果作为预测值通过数据同化 算法 后输出结果并转入步骤4；若否则直接转入步骤4；4)判断是否结束模拟过程，若是则结束模拟；若否则将步骤3得到的结果重新返回换流变火灾模拟正向计算模型，转入步骤2。本发明可精确快速的实现对换流变火灾火源强度的反演评估，并可以预测换流变火灾蔓延过程中的温度分布，为换流变火灾的应急响应与决策提供依据。，下面是换流变火灾火源强度反演评估及温度场预测方法及系统专利的具体信息内容。
1.换流变火灾火源强度反演评估及温度场预测方法，其特征在于包括如下内容：
1)建立换流变火灾模拟正向计算模型；完成换流变火灾模拟正向计算模型的参数初始化和数据同化算法的状态向量初始化；
2)进行换流变火灾模拟正向计算，得到火灾蔓延温度场和热流密度的结果数据并输出；
3)判断是否有火灾的监测数据，若是则将步骤2的计算结果数据作为预测值通过数据同化算法进行数据同化矫正后输出结果并转入步骤4；若否则直接转入步骤4；
4)判断是否结束模拟过程，若是则结束模拟；若否则将步骤3得到的数据同化结果重新返回换流变火灾模拟正向计算模型，转入步骤2，进行下一时间步的模拟正向计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：建立的换流变火灾模拟正向计算模型的控制方程包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、湍流模型、燃烧模型，其中湍流模型采用Deardorff模型，控制方程采用PISO算法进行求解；具体如下：
质量守恒方程：
ρ表示密度，t是时间，u、v和w是速度矢量在x、y和z方向的分量；
动量守恒方程：
对于任一分量i，
fd,i表示精确求解的拉格朗日粒子曳力， 是蒸发或者裂解效应，其中i,j,k表示的是张量；
能量守恒方程：
cp表示比热容，T为温度，k为传热系数，ST为广义源项；
湍流模型：
表示网格中心的平均值，
表示相邻网格加权平均量，
cv为常数，值为0.1；下标k表示的是张量；
导热系数kt和质量扩散系数Dt由湍流粘性系数μt出，普朗特数Prt和施密特数Sct都是
0.5；
燃烧模型：模型中假设燃烧是混合控制，氧气和燃料的反应速率无限大，引入混合分数，该混合分数表示燃烧反应之前燃料质量与混合气体总质量的比值，表达式如下：
式中：Z为0-1，当Z＝0表明该处的氧气浓度与大气中氧气浓度相同，当Z＝1表明该处全部为可燃气体，YF和YO分别表示燃料和氧气的质量分数， 为混合气体中燃料所占质量分数，MF和MO分别为燃料的分子量和氧气的分子量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述监测数据包括通过热电偶探测器所监测的换流变火灾实时的温度数据与通过热流计探测器所监测的换流变火灾的热流密度；
所述数据同化算法为改进的集合卡尔曼滤波算法，是将火源强度预测值加入集合卡尔曼滤波算法的状态向量中并通过背景协方差矩阵的迭代计算实现对火源强度的反演；其状态向量由换流变火灾的温度场和火源强度组成；所述输出结果包括火源强度反演评估值和温度场预测值；
具体的：
改进的集合卡尔曼滤波算法对换流变火灾火源强度反演评估及火灾温度场预测过程如下：
为n时刻状态集合中第j个状态的预测值，M为模型算子，即n-1时刻到n时刻状态的变化关系； 为n-1时刻状态集合中第j个状态的分析值， 为模型误差；
当n时刻有监测数据时，将利用监测数据对状态集合中所有的状态进行更新：
Pe＝X′X′T
是n时刻状态集合中第j个状态的分析值；Ke是增益矩阵；θj(tn)是n时刻的观测数据(即监测数据)；H表示观测算子；ω是观测误差，Re是其协方差矩阵；Pe为状态的误差方差矩阵；x表示状态向量，下标j(j＝1,2,…,N)表示每个状态向量x在状态集合中的编号，N表示状态集合的大小；
改进的集合卡尔曼滤波算法中状态向量x由三部分组成：
在该模型中为换流变所在空间各处的温度值，在模型中为换流变所在空间各处的温度值；θ在该模型中为各个数据同化步骤的火源的热释放速率，即θ表示的是火源强度；火源强度大小用火源热释放速率值表示，火源热释放速率即火源强度。
4.换流变火灾火源强度反演评估及温度场预测系统，其特征在于包括：
数据监测模块，用于获取火灾的实时监测数据；
计算模块，通过换流变火灾模拟正向计算模型的参数初始化进行换流变火灾模拟正向计算，得到数据同化算法的预测值；再对接收的数据监测模块输出的火灾的监测数据经数据同化算法进行数据同化处理，将数据同化结果重新返回换流变火灾模拟正向计算模型，进行下一时间步的模拟正向计算，直到模拟过程结束，输出最终的数据同化结果；
结果输出模块：输出计算模块的最终计算结果。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述监测数据包括通过热电偶探测器所监测的换流变火灾实时的温度数据与通过热流计探测器所监测的换流变火灾的热流密度，数据监测模块通过若干多层可活动的支架布置安装热电偶和热流计，每个支架的层数及每一层的高度均可调节，支架每一层布置探测器的数量、位置与间隔均可调节。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述数据同化算法为改进的集合卡尔曼滤波算法，是将火源强度预测值加入集合卡尔曼滤波算法的状态向量中并通过背景协方差矩阵的迭代计算实现对火源强度的反演。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：换流变火灾模拟正向计算模型的控制方程包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、湍流模型、燃烧模型，其中湍流模型采用Deardorff模型，控制方程采用PISO算法进行求解。
换流变火灾火源强度反演评估及温度场预测方法及系统
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
3.75m，5m)、(7.5m，7.5m，5m)、(3.75m，11.25m，5m)(9m，9m，5m)、(3m，3m，10m)、(11.25m，
3.75m，10m)、(7.5m，7.5m，10m)、(3.75m，11.25m，10m)、(9m，9m，10m)、(3m，3m，15m)、(11.25m，3.75m，15m)、(7.5m，7.5m，15m)、(3.75m，11.25m，15m)、(9m，9m，15m)坐标处。2个热流计(17，18)分别布置在(15m，7.5m，5m)(15m，7.5m，10m)的坐标处。
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